geotermalna energija.pdf

29.3.2010

1

Geotermalna Energija

Naziv kolegija: Obnovljivi izvori energije

Tehnički odjel: Proizvodno strojarstvo

mr.sc. Mladen Bošnjaković

13:07

Sadržaj

� Uvod

� Potencijal

� Podjela geotermalnih izvora

� Geotermalni resursi

� Korištenje� Grijanje

� Proizvodnja elektr. energije

� Toplinske pumpe

29.3.2010

2

Uvod

Naziv geotermalno dolazi od grčkih riječi geo, što znači zemlja i therme, što znači toplina. Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara u Zemljinoj kori polaganim raspadanjem radioaktivnih elemenata, kemijskim reakcijama ili trenjem pri kretanju tektonskih masa.

Količina takve energije jetako velika da se možesmatrati skoro neiscrpnom, paje prema tome geotermalnaenergija obnovljivi izvorenergije.

Uvod

Vanjska kruta kora Zemlje duboka je od pet do 50 kilometara i sastavljana je od stijena. Tvari iz unutarnjeg sloja neprestano izlaze na površinu kroz vulkanske otvore i pukotine na dnu oceana. Ispod kore nalazi se tekući omotač i on se proteže do dubine od 2900 kilometara.

Inače, do dubine 30 m toplina Zemljine površine uvjetovana je i Sunčevim zračenjem, a u tim je slojevima temperatura gotovo konstantna.

29.3.2010

3

Najpogodnija su područja na rubovima tektonskih ploča, tj. područja velike vulkanske i tektonske aktivnosti.

Uvod

Osnovni medij koji prenosi toplinu iz unutrašnjosti napovršinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se takoda se voda od kiša probija duboko po raspuklinama i tamose onda zagrijava i cirkulira natrag prema površini, gdje sepojavljuje u obliku gejzira i vrućih izvora.

Uvod

29.3.2010

4

Potencijal

� Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50000 puta više odsve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom svijeta.

� Geotermalni resursi nalaze se u širokom spektru dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i parekoja se može dovesti na površinu i iskoristiti.

� U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u obliku vulkana, izvora vruće vode i gejzira.

� Procjenjuje se kako toplinski tok iz unutrašnjosti do površine Zemlje iznosi 42 TW. Pri tome 8 TW potječe iz Zemljine kore (koja čini samo 2% ukupnog volumena, ali je bogata radoaktivnim izotopima), 32,3 TW iz plašta (82% volumena), a tek 1,7 TW iz jezgre (čini 16% volumena, ali nema izotopa).

� Cjelokupna bi se geotermalna energija Zemlje (tj.Zemlje kao planeta) mogla procijeniti na 12,6 × 10 24

MJ, a kore na 5,4 × 10 21 MJ.

� Svjetski je geotermalni potencijal stoga golem,gotovo 35 milijardi puta veći nego što iznosedanašnje potrebe za energijom, no tek se vrlo malidio toga može učinkovito (tj. isplativo) iskorištavati,svega do dubine 5000 m.

Potencijal

29.3.2010

5

Podjela geotermalnih izvora

Geotermalni se izvori mogu podijeliti na nekoliko osnovnih načina:

� prema stupnju istraženosti, odnosno potvrñenosti ležišta � prema vrsti ležišta � prema temperaturi medija (tople ili vrele vode ili pare).

Prema stupnju istraženosti ležišta:� utvrñene � bilančne (mogu se isplativo iskorištavati do sada poznatim

tehničkim sredstvima) � izvanbilančne (ne mogu se isplativo ili se uopće ne mogu

iskorištavati poznatim tehničkim sredstvima) � potencijalne.


Ležišta možemo dalje podijeliti prema:

� napajanju, tj. načinu ulaska medija u ležište i izlasku iz njega: � s prirodnim ulaskom i izlaskom � s prirodnim ulaskom i umjetnim izlaskom vode kroz bušotinu � s umjetnim ulaskom i izlaskom vode (bušotine).

� termodinamičkim i hidrološkim svojstvima: � izvori tople ili vruće vode (gejzire) � izvori suhe vodene pare � ležišta vode i plinova pod visokim tlakom � vruće i suho stijenje (magma).

29.3.2010

6


Izvori tople ili vruće vode (gejziri)

� Najčešći su i najprepoznatljiviji način izlaska zagrijane vode iz dubine na površinu Zemlje.

� Potječu od vruće vode ili pare koja se nalazi zarobljena u razlomljenom i šupljikavom (poroznom) stijenju na manjim ili srednjim dubinama (od 100 do 4500 m). Pri tome je medij najvećim dijelom u tekućoj fazi, a tek manjim dijelom u obliku pare (kao mjehurići).

� Kada je temperatura dovoljno visoka (> 170 °C), voda se pri izlasku na površinu pretvara u paru koja se može koristiti za pogon parne turbine

� Kada su temperature niže koristi se sekundarni prijenosnik topline (tzv. binarne geotermalne elektrane).


Ležišta s prirodnim izlaskom pare ili vruće vode na površinu

29.3.2010

7


Izvori suhe vodene pare

Razmjerno su rijetki, ali su najjednostavniji i najisplativiji za iskorištavanje(Geysers , SAD i Larderello Italija).(prirodna suha vodena para se izravno koristiti za pogon parne turbine).

Ležišta vode i plinova pod visokim tlakom

Na velikim dubinama (od 3000 do 6000 m)Temperatura vode je od 90 do 200 °C i sadrži otopljeni metan. Zahvaljujući vrlo visokim tlakovima (>1000 bar) bilo bi moguće iskorištavati mehaničku, toplinsku pa i kemijsku energiju, no uz današnje tehnologije to se još ne smatra isplativim.

Vruće i suho stijenje

U nepropusnim slojevima na velikim dubinama, temperature od 300 °C do 1200 °C. Za iskorištavanje potrebna je složena tehnologija što još nije isplativo ni tehnološki posve razrañeno (ostoji tek nekoliko ispitnih postrojenja, npr. u Los Alamosu u SAD-u te u Velikoj Britaniji).


29.3.2010

8


Prema temperaturi geotermalnog medija postoje:

� niskotemperaturni (s gornjom granicom temperature izmeñu 90 i 150 °C)

� srednjotemperaturni (područje temperatura od 90 do 225 °C)

� visokotemperaturni (donja granica temperature izmeñu 150 i 225 °C).

Bušenje izvora

• Bušotine od ~200 m do ~4 kmSvrha je odreñivanje temp. gradijenta i karakteristika nalazišta.

• Nalazište može smanjiti toplinsku snagu nakon nekog vremena (5, 10, 15 godina)

• Planirani radni vijek je oko 30 godina.

Prvo je lociranje izvoraSlijede različita ispitivanja: geološka, hidrološka, sezmička itd.

Postupak bušenja preuzet iz naftne industrije

29.3.2010

9

Bušenje izvora

Cijena bušotine i dubina

29.3.2010

10

Geotermalni resursi Europe (tople stijene)

Temperatura stijena na 5 km dubine

(Izvor: EEIG "Heat Mining", European Hot Dry Rock Project)"

Geotermalni resursi Hrvatske

U RH postoji višestoljetna tradicija iskorištavanja geotermalne energije u medicinske svrhe i za kupanje: brojne toplice (Varaždinske, Daruvarske, Stubičke Toplice, Lipik, Topusko, itd.). Za potrebe individualnog grijanja prostora instalirano je oko 40 MW toplinske snage, dok se za kupanje koristi oko 80 MW toplinske snage.

Za sada se geotermalna energija ne koristi za proizvodnju električneenergije.

Ukupno postoji 28 geotermalnih polja od kojih je 18 u uporabi.

29.3.2010

11

Karta temperatura na dubini od 2000 m


INA od 1976. je napravila više od 50 dubokih bušenja.Temperaturni gradijent ide i do 7 ºC / 100 m.Temperature u rasponu od 40 –170ºC.Procjene ukupnih potencijala: ~50 MW električne i ~800 MW toplinske

G=0,018 °C/mq=29 mW/m2

Dva sedimentna bazena pokrivaju gotovo cijelo područje Republike Hrvatske: Panonski bazen i Dinaridi.

Za razliku od Dinarida, koji nemaju značajnih geotermalnih potencijala (G=0,018 °C/m, q=29 mW/m2), u Panonskom bazenu prosječni geotermalni gradijent i toplinski tijek su mnogo viši (G=0,049 °C/m q=76 mW/m2)


29.3.2010

12



29.3.2010

13

Geotermalni izvori temperature manje od 65°C

To su izvora koji se koriste za balneološke i rekreativne svrhe u većem broju toplica i rekreacionih kompleksa. To su izvori Daruvar (Daruvarske Toplice), Ivanić Grad (bolnica Naftalan), Krapinske Toplice, Lipik (Lipičke toplice), Livade (Istarske toplice), Samobor (Šmidhen SRC), Stubičke Toplice, Sveta Jana (Sveta Jana RC), Topusko (toplice Topusko), Tuhelj (Tuheljske toplice), Varaždinske Toplice, Velika (Toplice RC), Zagreb (INA-Consulting), Zelina (Zelina RC), Zlatar (Sutinske toplice).


Ukupna toplinska snaga geoterlmalne energije iz ovih ležišta (MWt):

Primjena geotermalne energije

29.3.2010

14

Izravna primjena

Izvor:http://www.worldbank.org/html/fpd/energy/geo

thermal/

Izravna primjena po djelatnostima u svijetu

Internetska stranica World BankGeothermalEnergy: http://www.worldbank.org/html/fpd/energy/geothermal/

29.3.2010

15

Grijanje

Najveći geotermalni sistem koji služi za grijanje nalazi se na Islandu,odnosno u njegovom glavnom gradu Reykjaviku u kojem gotovo svezgrade koriste geotermalnu energiju, te se čak 89% islandskihkućanstava grije na taj način.

Prednosti:

� Efikasnost geotermalnog grijanja je znatno veća od standardnihoblika grijanja ( 48% efikasnija od plinskih peći i više od 75%efikasnija od uljnih peći).

� Ispušta se vrlo malo štetnih plinova i stakleničkih plinova uatmosferu.

� Geotermalni sustavi mogu i hladiti prostorije, a uz to su i vrlo tihi.Geotermalno grijanje je vrlo uniformno što znači da nema hladnihili vrućih točaka i nema peći i dimnjaka. Održavanje sustava jejeftino, treba povremeno samo zamijeniti filtar u toplinskoj pumpi.

Nedostaci:

� Vrlo visoki inicijalni troškovi

� slaba raširenost područja pogodnih za iskorištavanje (nalaze se uz rubove tektonskih ploča, a van tog područja je zemljina kora jednostavno previše debela za ozbiljnije iskorištavanje geotermalne energije)

� Povrat inicijalnih troškova instalacije može biti od dvije do čak 20 godina.

� Geotermalno grijanje nije baš 100% čisti oblik grijanja zbog toplinskih pumpi koje za pogon koriste električnu energiju, a ta električna energija uobičajeno se proizvodi iz ekološki neprihvatljivog ugljena.

Grijanje

29.3.2010

16

Grijanje

Povratna voda može zagrijavati prometnice i pločnike

AGROKULTURA

Postoje slijedeći sustavi:

• Sustav za grijanje tla• Sustav za grijanje tla i zraka• Sustav za grijanje zraka• Sustavi s ventilatorskim

provoñenjem topline

� grijanje staklenika pri proizvodnji cvijeća i povrća

� grijanje zraka i tla na kojem rastu biljke

� stoljećima se ovo koristi u Italiji, a Mañarska trenutno pokriva 80% energetskih potreba staklenika geotermalnom energijom.

29.3.2010

17

AGROKULTURA

Proizvodnja električne energije

Počeci korištenja:

Vežu se uz talijansko mjesto Landerello i 1904. godinu. Tada je para

upotrijebljena za pokretanje male turbine koja je napajala pet žarulja.

Tamo je 1911. počela gradnja prve geotermalne elektrane koja je završena

1913., a nazivna snaga joj je bila 250 kW. To je bila jedina geotermalna

elektrana u svijetu kroz gotovo pola stoljeća.

To postrojenje i danas električnom energijom napaja oko milijun domaćinstava tj. proizvede se gotovo 5000 GWh godišnje, što je oko 10% ukupne svjetske proizvodnje struje iz geotermalnih izvora. Iako je geotermalna energija obnovljivi izvor energije, tlak pare se u Landerello-u smanjio za 30% od 1950.

Larderello, Italy in 1904

29.3.2010

18

35


Principijelna shema geotermalnog postrojenja


Geotermalni fluid u obliku vruće vode ili pare, temperature iznad 120 °C, svoju latentnu toplinu pretvara u mehanički rad, odnosno električnu energiju.

Ovisno o termodinamičkim svojstvima geotermalnih fluida, moguće je primijeniti nekoliko tehnoloških procesa za pretvorbu toplinske u električnu energiju.

Odabir procesa ovisi o:� količini fluida, � tlaku i temperaturi, � omjeru vruće vode i pare, � sadržaju nekondenzirajućih plinova,� uvjetima odlaganja kamenca i pojavi korozije.

29.3.2010

19

Izvedbe geotermalnih elektrana

� na suhozasićenu paru (Dry steam)

� s jednostrukim isparavanjem geotermalne vode “Flash steam”

� s dvostrukim isparavanjem geoterm. vode “Double Flash steam”

� s binarnim ciklusom, organskim Rankineovim ciklusom (ORC) ili Kalina ciklusom

� s isparavanjem geotermalne vode i binarnim ciklusom

Izvedbe geotermalnih elektrana

Slika : Područja primjene osnovnih tipova geotermalnih elektrana zavisno o temperaturi geotermalnog izvora

29.3.2010

20

Elektrane na suhozasićenu paru

Za smanjivanje rashladnog protoka tlak u kondenzatoru je visok (~135 kPa) što dodatno umanjuje termički stupanj djelovanja.

Koristi se para 180-225 ºC, 4-8 MPa. Para se izravno dovodi na lopatice turbine. Nakon toga se kondenzira i crpkom vraća u zemlju.

Nekondenzibilni plinovi (CO2, NH4, H2S) se moraju ukloniti iz kondenzatora zbog korozije

55 MW postrojenje treba 100 kg/s pare.

Elektrane na suhozasićenu paru

Trenutno se najveća elektrana koja koristi „Dry steam“ princip nalazi u sjevernoj Kaliforniji i zove se The Geysers, a proizvodi električnu energiju još od 1960 godine. Količina proizvedene električne energije još uvijek je dovoljna za opskrbu grada veličine San Francisca

Elektrane u pogonu : Geysers (SAD), Larderello (Italija), Matsukawa (Japan)

29.3.2010

21

Elektrane s jednostrukim isparavanjem geotermalne vode “Flash steam”

Koristi se vruća voda iz geotermalnih rezervoara koja je pod velikim pritiskom i na temperaturama iznad 182 °C. Izlaskom na površinu smanjuje se tlak vruće vode pa se ona pretvara u paru, a zatim pokreče turbinu.

Flash proces: Zaostala vruća voda, koja je odvojena u separatoru, može se djelomično pretvoriti ponovo u paru, pomoću “flash-separatora” , pod nižim pritiskom. Ovako dobivena dodatna para privodi se u srednjem stupnju turbine, a proces teče dalje na isti način kao i kod Clausius-Rankine ciklusa.

Termički stupanj djelovanja još manji zbog niske temperature i niske kvalitete pare.

Elektrane u pogonu (jedinice od 10-50 MW, 6 do 9 t/h pare): Italija, Japan, Novi Zeland, Meksiko, SAD

Elektrane s jednostrukim isparavanjem geotermalne vode “Flash steam”

29.3.2010

22

� Slične “Flash steam” elektranama.� Imaju dva separatora, a turbina ima dva stupnja.� Povećanje izlaza je 20-25% uz 5% povećanje troškova postrojenja

Elektrane s dvostrukim isparavanjem geotermalne vode “Double Flash steam”

Binarni proces:

� Primjena kod srednje temperaturnih (100o and 150oC) izvora, a uz to sadrži veće količine nepoželjnih popratnih plinova.

� Vruća voda u izmjenjivaču grije tekućine koja ima znatno nižu temperaturu vrelišta od vode (izobutan C4H10, freon12, amonijak ili propan), pa isparava i pokreće turbine generatora.

� Prednost je veća efikasnost postupka, a i dostupnost potrebnih geotermalnih rezervoara je puno veća nego kod ostalih postupaka. Dodatna prednost je potpuna zatvorenost sistema budući da se upotrijebljena voda vraća natrag u rezervoar pa je gubitak topline smanjen, a gotovo da i nema gubitka vode.

� Većina planiranih novih geotermalnih elektrana koristiti će ovaj princip.

Elektrane s binarnim ciklusom

29.3.2010

23


Tipična efikasnost je 7 do 12 %, snaga postrojenja je 0.1 – 40 MW

Rješenje za uvjete u HR.

Prva elektrana izgrañena je na Kamčatki 1967. godine, snaga 340kW, primarni fluid voda temp. 81°C

Slika: Geotermalna elektrana s binarnim ciklusom –s organskim Rankineovim ciklusom (ORC)

Ovisnost snage elektrane o temperaturi i protoku geotermalne vode

Internetska stranica World BankGeothermalEnergy: http://www.worldbank.org/html/fpd/energy/geothermal/


29.3.2010

24

Elektrana sa separiranjem parei binarnim ciklusom

� Kombinacija “Flash” i Binarnog sustava� Para pokreće prvi stupanj turbine� Lakohlapljivi medij pokreće drugi stupanj turbine

Stupanj korisnog djelovanja je povećan

Big Island of Hawaii

Usporedba efikasnosti

29.3.2010

25

Geotermalna električna energija

Slika: Geotermalne elektrane danas proizvode preko 9730 MW električne energije u preko 20 zemalja Svijeta, opskrbljujući oko 60 milijuna ljudi, uglavnom u zemljama u razvoju

Rast proizvodnje električne energije iz geotermalne

29.3.2010

26

Cijena el. energije iz geotermalne

Tablica: Pojedinačne i ukupna cijena instaliranja geotermalnih elektrana s isparavanjem i binarnim ciklusom snage 5 MW i više (prema SAD izvorima):

Prema najnovijim Europskim izvorima:• cijena instaliranja geotermalnih elektrana s isparavanjem i binarnim ciklusom snage 5 MW i više je 1500 – 2000 € /kW odn. 2000- 2500 € /kW;• troškovi rad i održavanja su 1 – 3 €c ;• sve to skupa daje cijenu električne energije uz 15-godišnji životni vijek, 7,5% kamatu i 90% raspoloživost postrojenja 5 €c/kWh kod geotermalnih elektrana s isparavanjem i 5,8 €c/kWh kod geotermalnih elektrana s binarnim ciklusom.

Wairakei Binarno Postrojenje

29.3.2010

27

The Leathers geothermal power plant in Calipatria, CA.

Heber Geothermal Power Station

52kW electrical generating capacity

29.3.2010

28

120 MW - The Nesjavellir Geothermal Power Plant in Iceland

29.3.2010

29

Projekt geotermalne elektrane Velika Ciglena

Karakteristike geotermalnog polja Velika Ciglena:

� temperatura geotermalne vode 175 °C;

� proizvodnost bušotine 83 l/s;

� tlak samoizljevanja 20 bar;

� kamenac se počinje taložiti pri tlaku nižem od 20 bar;

� geotermalna voda sadrži:

42 g/l otopljenih minerala;

27 m³ CO2 /m³ H2O;

59 ppm H2S;

Izvor: Prof. dr.sc. Zvonimir GuzovićSEMINAR OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE:Geotermalna energijaZagreb, 19. veljače 2010.

S obzirom na temperaturu geotermalnog polja Velika Ciglena u prvi

plan dolazi binarno postrojenje s ORC ili Kalina ciklusom

Uvjeti kod termodinamičkog proračuna:

• hlañenje geotermalne vode sa 175°C na 69°C, i

• srednja godišnja temperatura zraka za hlañenje 15°C.


29.3.2010

30



29.3.2010

31


� Na temelju dobivenih rezultata termodinamičke analize te usporedbe s tehničkog i ekološkog aspekta binarnih postrojenja s ORC i Kalina ciklusom mogu se izreći sljedeći zaključci:

� uz relativno visoku prosječnu temperaturu zraka za hlañenje u kondenzatoru (15°C) i visoku temperaturu geotermalne vode konkretnog srednje-temperaturnog geotermalnog polja Velika Ciglena (175°C) ORC je termodinamički bolji od Kalina ciklusa;

� postrojenje s Kalina ciklusom je znatno skuplje zbog svoje složenosti uvjetovane izmeñu ostalog jako otrovnim i agresivnim (korozivnim) radnim fluidom;

� postoje brojna binarna postrojenja s ORC sa stotinama instaliranih MWdiljem svijeta, dok je trenutno u pogonu samo jedno binarno postrojenje s Kalina ciklusom (geotermalna elektrana Husavik na Islandu) koje je ukazalo na znatne poteškoće tijekom rada;

� kako za geotermalno polje Velika Ciglena tako i ostale geotermalne izvore s nižim temperaturama u Republici Hrvatskoj (Lunjkovec, Ferdinandovac, Babina Greda i Rečica) predlaže se primjena binarnih postrojenja s ORC.


29.3.2010

32


Dizalice topline (toplinske pumpe) - posebni oblik direktnog korištenja geotermalne energijeGeotermalne dizalice topline, u svijetu poznate pod skraćenicom GHP (Geothermal heat pumps), imaju široku primjenu u mnogim zemljama Evrope i u SAD-u. Dizalice topline troše električnu energiju za cirkulaciju geotermalnog (otvoreni krug) ili drugog sekundarnog fluida koji preuzima toplinu zemlje (zatvoreni krug) kroz cijevi. Na taj način geotermalna toplina dovodi se domaćinstvima, gdje se većim dijelom koristi za grijanje, zatim za hlañenje i pripremu tople vode. Upotrebom geotermalnih pumpi uvelike se smanjuje potrošnja električne energije.

Dizalice topline

5°C do

10°C

25°

C

-

5°C

29.3.2010

33

Temperatura tla– konstantna od Sunčevog zračenja i zbog slabe toplinske vodljivosti tla – konstantnija kroz godinu ma većoj dubini i kod manje vlažnosti tla – Time je relativna razlika prema temperaturi okolice razmjerno velika i konstantna tijekom većeg dijela godine– Pogodno za grijanje toplinskom pumpom – Hlañenje klima ureñajima

Dizalice topline

29.3.2010

34

Dizalice topline

Dizalice topline

29.3.2010

35

Otvoreni sustav iskorištava geotermalnu vodu iz bušotine, a nakon predaje topline sekundarnom krugu vodu utiskuje nazad u sloj ili ispušta u vodotoke ili kanalizacijske sustave.

Postoje dva osnovna sustava iskorištavanja geotermalne energije sustavom s toplinskim pumpama.

Zatvoreni sustav - ukopani izmjenjivač topline preuzima toplinu zemljine kore ili geotermalnog fluida iz bušotine.

Dizalice topline

Horizontalni – zauzima dosta prostora, jeftinijiVertikalni – efikasniji ali skuplji

Dizalice topline

29.3.2010

36

Vertikalna izvedba izmjenjivača

Vertikalna izvedba izmjenjivača

Izmjenjivač topline (tvornički predmontiran) se u tlo polaže najčešće kao dvostruka U cijev.

29.3.2010

37

Izmjenjivač topline se u tlo može položiti u obliku snopa vodoravnih cijevi na dubini od 1,2 do 1,5 m, s meñusobnim razmakom cijevi od 0,4 do 0,8 m, ovisno o sastavu i vrsti tla.

Promjer PE cijevi iznosi 25 ili 35 mm.Dužina jedne izmjenjivačke sekcije iznosi do 100 m

Horizontalna izvedba izmjenjivača

Horizontalna izvedba izmjenjivača

29.3.2010

38

Podzemne vode kao izvor topline

Temperatura podzemne vodeiznosi u većini slučajeva od 8 do 12 °C i ovisi o dubini iz koje se voda crpi.

Temperatura tijekom cijele godine neznatno ili uopće ne mijenja te je podzemna voda najpovoljnija kao izvor topline za pogon dizalice topline.Razmak izmeñu ovih bunara treba biti što je moguće veći, a po mogućnosti ne manjiod 10 m.

Naselja uz potoke, rijeke i jezera, imaju izvor topline u mnogim slučajevima pristupačan i jeftin. Temperature riječne i jezerske vode se najčešće kreću od +7 °C do +8 °C, pa ionda kada se vanjska temperatura spušta do 0 °C.Kod dovoljno velikih jezera i na dovoljno velikim dubinama (oko 20 do 30 m),temperatura vode je obično preko cijele godine stalna i iznosi, već prema danimuvjetima, od 5 do 15 °C. Nedostatak ovog izvora je ograničenost njegove primjene samo na mali brojpotrošača koji leže uz rijeku ili jezero (more).

Površinske vode kao izvor topline

29.3.2010

39

Grijanje po zimi

Toplinska energija osigurana za zagrijavanje zgrade.

3.5 kWh uzeto iz

zemlje

Udio obnovljivih izvora u ukupnim

potrebama zgrade: 77%

1 kWh

Dodatne električne

Energije

3.5 kWh “obnovljive”

+ 1.0 kWh “dodatne”

4.5 kWh potrebne

3.5 / 4.5 = 77%

Iz obnovljivog

izvora

Hlañenje po ljeti

Energija za hlañenje zgrada.

Renewable Energy used for the total

comfort need of the building: 75%

5 kWh se izbacuje

Iz zgrade i šalje u zemlju

1 kWh električne

energije za hlañenje

5.0 kWh “obnovljive”

-1.0 kWh “dodatne”

4.0 kWh zahtijevano

4.0 / 5.0 = 75%

Iz obnovljivih izvora

29.3.2010

40

Toplinske pumpe

Software Product Vendor

CLGS Intl. Ground-Source Heat Pump Assoc., Stillwater, OK, USA

ECA Elite Software, Inc., Bryan, TX, USA

Earth Energy Designer (EED) University of Lund, Sweden

GEOCALC Ferris State University, Big Rapids, MI, USA

GeoDesigner ClimateMaster, Oklahoma City, OK, USA

GchpCalc Energy Information Services, Tuscaloosa, AL, USA

GL-Source Kansas Electric Utility, Topeka, KS, USA

GLHEPRO Intl. Ground-Source Heat Pump Assoc., Stillwater, OK, USA

Ground Loop Design GBT, Inc., Maple Plain, MN, USA

GS2000 Buildings Group, Natural Resources Canada

Lund Programs University of Lund, Sweden

RIGHT-LOOP Wrightsoft, Lexington, MA, USA

WFEA Water Furnace Intl., Fort Wayne, IN, USA

Toplinske pumpe

29.3.2010

41

Toplinske pumpe

Utjecaj na okoliš i recikliranje

Agresivnost i velika koncentracija otopljenoga u vodi otežavaju rad postrojenja i smanjuju životni vijek

• Rješenje je u izdvajanju i korištenju:– H2S za proizvodnju sumporne kiseline– Metali poput cinka kao sirovina– Različite naslage za grañevinarstvo• Utjecaj na okoliš se može minimizirati vraćanjem svega u bušotinu uz pozornost da to ne umanji prinos

29.3.2010

42

CO2 i SO2 emisija

Potrebna površina zemlje

29.3.2010

43

Sažetak

Prednosti korištenja geotermalne energije u proizvodnji

električne energije:

•EKOLOGIJA. Geotermalne elektrane, isto kao elektrane na vjetar i solarne elektrane, nemaju izgaranje goriva za proizvodnju pare koja pokreće turbine. Proizvodnja električne energije geotermalnom toplinom štedi neobnovljive, fosilne energente. Smanjenjem upotrebe fosilnih goriva umanjuje se i njihova štetna emisija, koja onečišćuje atmosferu. •SMJEŠTAJ. Geotermalne elektrane zauzimaju puno manje prostora po proizvedenom megawatu, nego što ga zauzimaju ostali tipovi elektrana. Kod geotermalnih instalacija nisu potrebni riječni nasipi niti sječa šuma, a isto tako nema rudnih tunela, otvorenih okana, otpadnih hrpa ili razlijevanja nafte. •POUZDANOST. Geotermalne elektrane dizajnirane su za pogon tijekom 24 sata na dan, gotovo kroz cijelu godinu. One pripadaju vrhunskom izvoru goriva, jer ne dolazi do prekida proizvodnje zbog vremenskih neprilika, prirodnih nepogoda ili političkih utjecaja, koji mogu spriječiti transport ostalih vrsta goriva.

•PRILAGODBA. Geotermalne elektrane su uglavnom modularne konstrukcije, s više instaliranih jedinica, koje se uključuju kod povećanih potreba za električnom energijom. •EKONOMIČNOST. Nema potrebe za trošenjem novca radi uvoza goriva, jer se geotermalne elektrane uvijek grade na geotermalnim izvorima. Ušteñen novac ostaje grañanima pripadnih područja, u kojima na taj način ne dolazi do naglih promjena cijene goriva. RAZVOJ. Geotermalni projekti omogućuju sve gore navedene prednosti uz istovremeni razvoj države i energetski rast, ali bez zagañenja okoline. Čak i instalirani objekti na udaljenim područjima mogu podići životni standard dovoñenjem struje pučanstvu koje je daleko od “elektrificiranih” naseljenih centara.

Električna energija iz geotermalnih izvora može se proizvoditi 24 sata na dan. Geotermalne elektrane imaju vrlo niske troškove proizvodnje. Zahtijevaju samo energiju za pokretanje vodenih pumpi, a tu energiju proizvodi elektrana sama za sebe.

Sažetak

29.3.2010

44

Nedostaci

Najveći nedostatak je to što nema mnogo lokacija koje su prikladne za iskorištavanje geotermalne energije i pogodnih za izgradnju geotermalnih elektrana. Najbolje lokacije su one koje imaju dovoljno vruće stijene na dubini pogodnoj za bušenje i koje su dovoljno mekane.

Geotermalnu energiju je teško transportirati i zbog toga se može koristiti samo za opskrbu toplinom obližnjih mjesta i za proizvodnju el. energije.

Problem kod korištenja je ispuštanje materijala i plinova iz dubine zemlje koji mogu biti štetni kada izañu na površinu. Najopasniji je vodikov sulfidkoji je vrlo korozivan i vrlo ga je teško pravilno odložiti.

Statistike pokazuju da je povećana pojava potresa u regijama gdje se iskorištava geotermalna energija.

Pitanja za ponavljanje

1. Koji medij prenosi toplinu iz unutrašnjosti zemlje na površinu?2. Kako se geotermalni izvori mogu podijeliti?3. Navedi bar pet izravnih primjena geotermalne energije.4. Koje su prednosti geotermalnog grijanja?5. Koji su nedostatci geotermalnog grijanja?6. Nabroji izvedbe geotermalnih elektrana.7. Objasni princip rada elektrane s odvajanjem pare („Flash sistem“)8. Skiciraj proces dizalice topline u p-v i T-s dijagramu9. Navedi dva osnovna sustava dizalica topline?10.Navedi prednosti korištenja geotermalne energije u proizvodnji električne

energije.11.Koji su nedostaci korištenja geotermalne energije.

Documents

geotermalna energija.pdf