View
91
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
Geotermalna energija
Citation preview
Obnovljivi izvori energije
GEOTERMALNA ENERGIJA
Pojam geotermalne energije
GEO (gr. zemlja) + THERME (gr. toplina) = toplina zemlje
U uem smislu geotermalna energija predstavlja onaj dio energije iz dubine Zemlje koji dolazi do povrine u obliku vruega ili toploga geotermalnog medija (vode ili pare) i prikladan je za iskoritavanje u izvornom obliku ili za pretvorbu u druge oblike (elektrinu energiju, toplinu i sl.)
Geotermalna energija
Pojam geotermalne energije
U prirodi se geotermalna energija najee pojavljuje u obliku
gejzira
vulkana
vruih izvora
Geotermalna energija
Pojam geotermalne energije
Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara u Zemljinoj unutranjosti
polaganim raspadom radioaktivnih elemenata (urana, torija, kalija)
egzotermnim kemijskim reakcijama u Zemljinoj kori (oksidacija sulfida,
kristalizacija, skrutnjavanje rastopljenih stijena)
trenjem pri kretanju tektonskih masa
Geotermalna energija
Pojam geotermalne energije
Koliina te energije tako je velika da se moe smatrati gotovo neiscrpnom
Toplina u unutranjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta prije vie od 4 milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano regenerira tu toplinu
Geotermalna se energija stoga moe smatrati obnovljivim izvorom energije
Geotermalna energija
Nastanak geotermalne energije
Zemljina unutranjost podijeljena je u nekoliko slojeva
Geotermalna energija
Nastanak geotermalne energije
Temperatura unutranje jezgre via je od 4 000 C (procjene do 7 000 C)
Prosjena temperatura Zemlje iznosi 1 000 C
Samo 1 Zemljine mase ima temperaturu manju od 100 C
Toplina se kree iz unutranjosti Zemlje prema njezinoj povrini, a kora predstavlja izolator od topline iz unutranjosti
Geotermalna energija
Nastanak geotermalne energije
Zemljina kora je razlomljena na velike litosferne (tektonske) ploe koje se kreu po itkoj astenosferi (dio gornjega plata)
Litosferu ine Zemljina kora i kruti dio gornjega plata
Geotermalna energija
Nastanak geotermalne energije
Kretanje litosfernih ploa potpomognuto je konvekcijskim strujanjem itke astenosfere
Ploe se meusobno sudaraju ili podvlae jedna pod drugu
Geotermalna energija
Nastanak geotermalne energije
Na granicama izmedu litosfernih ploa oslobaa se velika koliina topline iz Zemljine unutranjosti
Na ploama postoje i lokalizirana mjesta izbijanja Zemljine topline na povrinu tzv. vrue toke (Havaji, Galapagos)
Geotermalna energija
Geotermalni gradijent
Temperatura se poveava s dubinom od povrine prema jezgri za oko 3 C na 100 m dubine
Stopa promjene temperature s dubinom naziva se geotermalni gradijent (C/km)
Geotermalni gradijent moe znaajno varirati od lokacije do lokacije
Anomalije geotermalnoga gradijenta neovisne su o povrinskoj temperaturi i openito su ovisne o lokalnoj geolokoj grai
Geotermalna energija
Geotermalni gradijent u Republici Hrvatskoj
Hrvatska ima vei geotermalni gradijent od prosjeka Europe
Najvei toplinski kapacitet postoji u Panonskom bazenu, gdje geotermalni gradijent iznosi 49 C/km, dok europski prosjek iznosi 30 C/km
Geotermalna energija
Geotermalni resursi
Resurse predstavljaju geotermalne vode (vrue vode i pare) koje se nalaze u podzemnim leitima, a mogu se dovesti na povrinu i iskoristiti
Voda/para je osnovni medij koji prenosi geotermalnu energiju iz Zemljine unutranjosti na povrinu
Podzemna leita postoje u irokom rasponu dubina od plitkih/povrinskih do onih dubokih vie kilometara
Voda s povrine Zemlje odlazi u podzemlje kroz pukotine u stijenama, tamo se zagrijava i zatim struji natrag prema povrini, gdje se pojavljuje u obliku gejzira i vruih izvora
Geotermalna energija
Geotermalni resursi
Geotermalni resursi klasificiraju se prema nekoliko kriterija:
prema stupnju istraenosti i dokazanosti izvora
(dokazane rezerve; vjerojatne rezerve)
prema vrsti geotermalnih leita
prema temperaturi leinog medija
Geotermalna energija
Geotermalni resursi
Geotermalna se leita prema vrsti dijele na:
leita vrue vode karakterizira ih tekua voda
leita suhe vodene pare rijetko se nalaze; najjednostavnije i najjeftinije
iskoritavanje
vrue i suhe stijene nalaze se na veim dubinama, u njima je
akumulirana toplina; iskoritavanje jo nije ekonomski isplativo
leita tople vode pod visokim tlakom nalaze se na velikim dubinama,
umjerene su temperature i sadre otopljeni metan; zbog vrlo visokog
tlaka mogue je iz ovih resursa iskoritavati mehaniku, toplinsku i
kemijsku energiju (otopljeni metan); s dananjom tehnologijom
iskoritavanje nije ekonomski isplativo
Geotermalna energija
Geotermalni resursi
Najee se geotermalni resursi klasificiraju prema temperaturi geotermalne vode koja slui kao prijenosnik topline s vruih stijena do povrine
Geotermalna energija
Temperaturna
razina, C
Muffler i
Cataldi (1978)
Hochstein
(1990)
Benderitter i
Cormy (1990)
Niskotemperaturni
resursi < 90 < 125 < 100
Srednjetemperaturni
resursi 90 - 150 125 - 225 100 - 200
Visokotemperaturni
resursi > 150 > 225 > 200
Eksploatacija geotermalnog polja
Leita geotermalnih voda u Hrvatskoj obino se nalaze na dubinama veim od 1 000 m znaajan financijski troak kod eksploatacije (min. 10 mil. kn)
Za potrebe eksploatacije geotermalnog polja potrebno je izbuiti najmanje jednu buotinu
Ta buotina moe posluiti i kao istrana i kao proizvodna
Geotermalna energija
Eksploatacija geotermalnog polja
Najee se geotermalna leita koriste u zatvorenom sustavu kroz proizvodnu buotinu termalna se voda crpi na povrinu gdje se njezina toplina iskoritava, a kroz utisnu se buotinu vraa natrag u leite
Takav nain iskoritavanja dobar je za okoli, jer se povrinske vode ne zagaduju geotermalnim vodama koje esto mogu biti bogate razliitim mineralima i plinovima u veim koncentracijama od onih dozvoljenih Pravilnikom o graninim vrijednostima opasnih i drugih tvari u otpadnim vodama (NN 94/08), a takoer se zadrava kapacitet vodenog tijela (leini tlak i razina vode u buotini)
Geotermalna energija
Eksploatacija geotermalnog polja
Geotermalni toplinski sustav sastoji se od sljedeih osnovnih elemenata:
buotina ili izvor kroz koji medij dolazi na povrinu, odnosno vraa se u
podzemlje
sustav pripreme ogrjevnoga medija (plinski separator, filtar), izmjenjivai
topline i pripadajua oprema
razvod ogrjevnoga medija cjevovodi, armatura, akumulacijski spremnici
pumpe, sekundarni izmjenjivai topline
utisna buotina
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Geotermalni potencijal opisuje koliinu energije koja se moe iskoristiti iz geotermalnoga oblika energije
Potencijal geotermalne energije u svijetu je ogroman, ima je 50 000 puta vie od sve energije koja se moe dobiti iz nafte i plina irom svijeta
Cjelokupna geotermalna energija na Zemlji procjenjuje se na 12,6 1024 MJ, a kore na 5,4 1021 MJ
Svjetski geotermalni potencijal gotovo je 35 milijardi puta vei od dananje potrebe za energijom
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Uinkovito se moe iskoritavati manji dio geotermalnoga potencijala (svega do dubine od 5 000 m)
Energija koja se trenutno koristi 17,6 1010 MJ za elektrinu energiju i 19,0 1010 MJ za toplinsku energiju
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Toplinski tok je koliina topline prenesena u jedinici vremena, a predstavlja uloenu snagu (W)
U svijetu se procjenjuje na 42 TW
8 TW potjee iz Zemljine kore (koja ini samo 2 % ukupnoga volumena Zemlje, ali je bogata radioaktivnim izotopima)
32,3 TW iz plata (82 % volumena Zemlje)
1,7 TW iz jezgre (ini 16 % volumena Zemlje)
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Toplinski tok koji prolazi kroz jedininu povrinu oznaava se kao gustoa toplinskoga toka i izraava u mW/m2
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Mjerenje toplinskog toka je proces koji zahtijeva mjerenja na terenu i laboratorijske analize
Karotana oprema koristi se za mjerenja u buotinama (temperature, elektrine otpornosti, spontanog potencijala i prirodne radioaktivnosti)
Podaci o temperaturnim gradijentima i toplinskoj vodljivosti izraunatoj iz prosjene gustoe stijena omoguuju procjenu toplinskoga toka odnosno uvid u potencijal geotermalnih resursa
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Karta geotermalnih gradijenata (lijevo Colorado, SAD; desno Hrvatska)
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Karta temperatura na dubinama od 1 000 m (Hrvatska)
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Podaci potrebni za izradu ovakvih karata ukljuuju:
geoloke karte, tektonske podatke
karakteristike stijena (prosjene vrijednosti toplinske vodljivosti i
toplinskoga kapaciteta, mogunost postojanja vodonosnika s geo-
termalnom vodom)
podatke iz prirodnih geotermalnih pojava
prosjean geotermalni gradijent
podatke iz postojeih buotina (temperatura i kemijska svojstva medija)
geofizike podatke (karotana mjerenja, elektromagnetske metode,
geoelektrine, gravimetrijske, seizmike metode)
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal
Geoloko rjeenje ireg prostora Zagrebakoga geotermalnog polja
Geotermalno polje Zagreb Povrina 54 km2
temperatura vode 80 C na dubini neto manjoj od 1 000 m
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal Republike Hrvatske
Ukupni geotermalni (toplinski/elektrini) potencijal otkrivenih leita u Republici Hrvatskoj
Geotermalna energija
Geotermalni potencijal Republike Hrvatske
U Hrvatskoj postoji duga tradicija koritenja geotermalne energije, ali uglavnom u balneoloke svrhe (toplice)
Toplinski kapacitet hrvatskih toplica iznosi 77 MWt (426 TJ)
Ukupni instalirani toplinski kapacitet na 18 lokacija (16 toplica, grijanje dvaju objekata) 37 MWt (124 TJ)
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Najvaniji nain iskoritavanja geotermalne energije jest proizvodnja elektrine energije iz visokotemperaturnih geotermalnih izvora (>150 C)
Rad geotermalnih elektrana temelji se na pretvaranju topline geotermalnog medija u mehaniku energiju vrtnje turbine, a zatim i u elektrinu energiju
Geotermalne elektrane rade na tri osnovna naela:
iskoritavanje suhe pare (Dry steam)
uporaba postupka isparivanja geotermalne vode (Flash steam)
primjena binarnoga procesa (Binary cycle)
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Elektrana na suhu paru (iskoritavanje visokotemperaturnih geotermalnih izvora, > 235 C) koristi izravno geotermalni resurs vruu paru
Para se koristi za izravno pokretanje turbina generatora
Najjeftiniji i najjednostavniji pristup
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Postupak isparivanja vode (iskoritavanje visokotemperaturnih geotermalnih izvora) nain rada veine suvremenih geotermalnih elektrana
Koristi se voda iz leita pod visokim tlakom i na temperaturi iznad 182 C: pumpanjem vode iz leita prema povrini sniava se tlak, a voda se pretvara u paru koja pokree turbine; voda koja se nije pretvorila u paru vraa se u leite radi ponovne upotrebe
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Binarni proces (iskoritavanje visokotemperaturnih i srednjetemperaturnih geotermalnih izvora) nain rada veine planiranih geotermalnih elektrana
Vrua voda zagrijava radni medij koji ima znatno niu temperaturu vrelita od vode, radni medij isparuje i pokree turbine generatora
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Vea uinkovitost postupka i dostupnost potrebnih geotermalnih resursa
Dodatna prednost binarnih elektrana je potpuna zatvorenost sustava budui da se upotrijebljena voda vraa natrag u leite
Gubitak topline je minimalan, gotovo da nema gubitka vode, nema tetnih emisija u zrak
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Prednosti proizvodnje elektrine energije iz geotermalnih izvora:
vrlo niska emisija ili bez emisije staklenikih plinova
uporaba domaih resursa smanjenje ovisnosti o uvoznoj energiji i
geopolitikim zbivanjima
nema koritenja goriva (skladitenje, transport, odlaganje, rudarenje)
vrlo kratko vrijeme godinjeg remonta (radi vie od 90 % vremena u
godini za razliku od 60 % do 70 % kod termoelektrana ili nuklearnih
elektrana)
minimalno koritenje prostora zahtijeva samo 400 m2 zemljita po
GW u periodu od 30 g
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Nedostaci proizvodnje elektrine energije iz geotermalnih izvora:
vrlo visoki trokovi pokretanja proizvodnje
nekonkurentna cijena elektrine energije proizvedene u geotermalnim
elektranama
voda moe biti korozivna i praena opasnim plinovima (H2S, amonijak)
izbijanje pare i vrue vode moe biti buno
vezano na pojedinu lokaciju
ogranien broj visokotemperaturnih resursa koji su pogodni za
proizvodnju elektrine energije
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Geotermalna voda, odnosno njezina toplina, danas se u svijetu uglavnom upotrebljava izravno, bez pretvorbe u neki drugi oblik energije
balneologija (toplice)
grijanje i hlaenje prostora
primjena u poljoprivredi (grijanje staklenika)
primjena u akvakulturi (grijanje ribnjaka)
industrijski procesi (suenje papira, voa, povra, ribe, drveta, vune,
izluivanje soli, destilacija vode, pasterizacija mlijeka)
otapanje snijega
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Izravno geotermalni medij prvo zagrijava PTV, zatim se iskoritava za radijatorsko grijanje a potom i za podno grijanje
Neizravno geotermalni medij predaje toplinu ogrjevnome mediju preko izmjenjivaa topline, a ogrjevni medij potom zagrijava PTV, te dalje prostorije u zgradama (radijatori ili podno grijanje)
PS plinski separator
B spremnik PTV-a
R visokotemperaturno grijanje
P niskotemperaturno grijanje
IT izmjenjiva topline
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Poljoprivreda tipine temperature u staklenicima
Geotermalna energija
Temperatura, C Kultura uzgajana u stakleniku
dnevna nona
Povre
18-29 16-18 paprike
21-24 17-18 rajice
24-25 21 krastavci
24 18 zelena salata
Cvijee
16-17 17 rue
21-27 18-22 biljke iz porodice mljeika
16 ljiljani
24 10 karanfili
21-27 (max) biljke iz porodice Geranium
21 (min) 18 (min) fuksija
Uporaba geotermalne energije
Najuinkovitije iskoritavanje geotermalne energije je kaskadno iskoritavanje
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije
Dizalice topline
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije rezime
Najee primjenjivane tehnologije za iskoritavanje geotermalne energije s obzirom na poetnu temperaturu leita
Geotermalna energija
Poetna temperatura
leita
Vrsta geotermalnog
medija Najee primjene
Najee primijenjene
tehnologije
visoka (> 220 C) voda ili para
proizvodnja
elektrine energije
izravna uporaba
flash proces
kombi proces (flash+binarni)
izravna uporaba
izmjenjivai topline
dizalice topline
srednja (100 220 C) voda
proizvodnja
elektrine energije
izravna uporaba
binarni proces
izravna uporaba
izmjenjivai topline
dizalice topline
niska (50 150 C) voda izravna uporaba
izravna uporaba
izmjenjivai topline
dizalice topline
Uporaba geotermalne energije rezime
etiri osnovna faktora koja utjeu na donoenje odluke o koritenju geotermalne energije:
1) dostupnost geotermalnih izvora
2) karakteristike geotermalne buotine i geotermalnog medija
3) lokalna gospodarska tradicija
4) potencijalno trite
Geotermalna energija
Uporaba geotermalne energije rezime
24 zemlje proizvode elektrinu energiju iz geotermalnih izvora
Proizvodi se ukupno 57 TWh/god
Instalirano je 9 GWe (Amerike 44 %, Europa 12 %)
Prosjeno rade s faktorom optereenja od 73 %
Najvei proizvoai elektrine energije: SAD, Filipini, Meksiko, Indonezija, Italija
72 zemlje koriste geotermalnu energiju izravno
Instalirano u svijetu 28 GWt
Svjetska potronja iznosi priblino 273 GJ/g ili 76 TWh/g (cime se tedi 129 milijuna barela godinje ili oko 19 milijuna tona sirove nafte)
Najira primjena za izravnu uporabu dizalice topline
Geotermalna energija
Recommended