Geotermalna energija Korištenje energije biomase za proizvodnju el. energije (i grijanje) P fd Prof.dr.sc. Zd Zdenko k Ši Šimić ić FER 2010. zdenko.simic@fer.hr Sadržaj • Porijeklo • Potencijal • Korištenje: – Grijanje – Proizvodnja P i d j el. l en. – Toplinske pumpe Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 2 Temperature u Zemlji 30 km kora omotač ~1000ºC 2800ºC 2000 km Temperaturni gradijent – u kori 4000 km vanjska jezgra 4000ºC unutarnja jezgra Dubina [m] 5150 km 6370 km 150 300 450 600 kora omotač Tipični dobar gradijent: 0,075 oC/m Primjer gradijenta u području geotermalnog izvora 750 1000 Temperatura na 1 km: 265 oC vanjska jezgra unutarnja jezgra Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 3 Unutrašnja kalorička energija Zemlje • Enormna količina energije – Samo mali dio dostupan • Na površini 0,06 W/m2 – Izvorna toplina i drugi procesi (~60%) – Radioaktivni raspad (~40%; • Izvor za korištenje: – Vruće suhe stijene – Voda na velikim dubinama i pod velikim tlakom – Voda/para d / na manjim dubinama U235,238, Th232, K40) – Površina za 100W? • Litosfera: kondukcija - prijelaz topline bez pomicanja materije • Omotač: konvekcija - prijenos topline gibanjem materije (nema radioaktivnosti) Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 4 Dobri i nedostupni izvori Vruće suhe stijene Voda na velikoj dubini i velikom tlaku • Dubina i temperatura: • Dubina i temperatura: – 2,5 , do 6 km – od 150 do 300 oC • Najveći i najteži izvor za korištenje – Stijene slabo vode toplinu – Potrebno P t b jje iizlomiti l iti stijene tij i dovesti vodu • Eksplozije p j (nuklearne!?) ( ) • Voda pod tlakom • Istražuje se – 2,5 do 9 km – oko 160 oC i veliki tlak (>1000 bar) • Ostale karakteristike – Velika slanost (4-10%) – Zasićeno Z ić prirodnim i d i plinom li • Najviše metana CH4 • Oko 5x više plina volumno • Potencijal za kombinirano korištenje • Istražuje se Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 5 Voda/para na manjim tlakovima i dubinama • Dubina, temperature i tlakovi: – do 5 km, do preko 300 oC, do 8 bara • Parni izvori su najpoželjniji ali malobrojni – Para sama izlazi van iz bušotine (oko 200 oC) – Geysers (SAD) i Larderello (Italija) • Vodeni V d i izvori i i se najčešće jč šć koriste k i t – Voda izlazi sama ili se pumpa – Velike koncentracije otopina ( i preko 25000 ppm) • Komercijalno se koriste – ne zahtijevaju posebno napredne tehnologije za bušenje i eksploataciju k l t ij ppm – parts per million (dijelova u milijun) Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 6 Porast temperature u Zemlji Geotermalne prilike i vodljivost tla j određuju gradijent rasta t temperature t u tlu. 2010. Energijske tehnologije 7 Presjek jednog geotermalnog nalazišta Awibengkok Indonezija Awibengkok, Energijske tehnologije: Geotermalna enrgija - dodatno Energijske tehnologije 8 Geotermalni resursi 0,05 ºC/m Temperatura stijena na 5 km dubine (EEIG "Heat Mining", Mining" European Hot Dry Rock Project)" INA od 1976. napravila više od 50 dubokih bušenja. Temperaturni gradijent ide i do 0,07ºC/m. , Temperature u rasponu od 40 – 170ºC. Procjene: ~50 MWe ~800 MWt Područja j visoke entalpije (>240 oC) Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske tehnologije 9 Direktno korištenje Najstariji način korištenja geotermalne energije: • Samostalno ili • Komplementarno proizvodnji el. en. Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 10 tehnologije Direktno korištenje geotermalne energije Snaga MWt Energija TW/god. Faktor opterećenja Toplinske pumpe Direktno grijanje Staklenici Akvakultura Poljoprivreda - sušenje Industrija Kupanje Hlađenje/topljenje snijega Ostalo Ukupno Energijske 11 tehnologije Geotermalna električna energija Elektrana Pumpa Bušotine: povratna i proizvodna 2000. Nalazište P2010 = 1 GWe W = 60 TWhe Porast od ~7,5%/god. 7,5%/god. Potencijal: -Do 100 GW s današnjom tehnologijom -Dvostruko više s naprednim tehnologijama -Ukupno se procjenjuje na nekoliko tisuća GW Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 12 tehnologije Geotermalne elektrane • Elektrane na suhu paru • Elektrane sa separiranjem pare (Flash steam) p • Elektrane s binarnim ciklusom Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 13 tehnologije Elektrane na suhu paru T-s dijagram Jeftine, velike i rijetke 2 - Centrifugalni separator odvaja nečistoće 1 2 i 2-3 1-2 2 3 su procesi prigušivanja uz konstantnu entalpiju 4 - izlaz iz turbine se miješa s recirkuliranom (5, 7) rashladnom vodom u kondenzatoru s direktnim kontaktom i višak se vraća u zemlju Nekondenzibilni plinovi (CO2, NH4, H2S)se moraju ukloniti iz kondenzatora zbog korozije i tlaka parnim ejektorom (za pogon se izdvaja dio pare). Elektrane u pogonu (jedinice npr.100 MW): Geysers (SAD), Larderello (Italija), Matsukawa (Japan) Za smanjivanje potrebnog rashladnog protoka tlak u kondenzatoru je visok (~135 kPa) što uz male temperature dodatno umanjuje termički stupanj djelovanja. Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 14 tehnologije Elektrane sa separiranjem pare (Flash steam) T-s dijagram Za kvalitetnije izvore vode vode, preko 200 oC Salinitet i do 280000 ppm. 1-234-5 su procesi prigušivanja uz konstantnu entalpiju Problemi: Znatno veći potrebni protoci (utjecaj na okolno zemljište te dimenzije i degradiranje postrojenja zbog dodatnih sastojaka) g (j(jedinice od 10-50 MW): ) Italija, j , Japan, p , Novi Zeland,, Meksiko,, SAD Elektrane u ppogonu Termički stupanj djelovanja još manji zbog niske temperature i niske kvalitete pare. Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 15 tehnologije Geotermalne elektrane AIDLIN – dvije jedinice na suhu paru, 20 MWe Calpine Sonoma, California LEATHERS – dvostruko separiranje , 38 MWe CalEnergy Operating Company Calipatria, California Energijske tehnologije: Geotermalna enrgija Energijske 16 tehnologije Elektrane s binarnim ciklusom p plin 3 1 Izmjenjivač topline 2 4 Pumpa kondenzatna pumpa 3 2 voda Površinski kondenzator 6 tlo 1 Rash. toranj Turbina 6 4 5 5 Voda iz rashladnog tornja Pumpa Proizvodna i povratna bušotina T-s dijagram Za manje kvalitetne izvore (ispod 200 oC) Unapređenje za veći stupanj djelovanja. Proces se provodi kao Rankineov organski – radni fluid ima nisku temperaturu isparivanja (izobutan C4H10, freon12, amonijak ili propan) Vlastita potrošnja u elektrani je oko 35%. Demonstracijske elektrane u pogonu (jedinice oko 10 do 50 MW) u SAD-u. Rj š j za uvjete Rješenje j u HR. HR Proračun za ovaj proces provodi se kao i za Rankineov s vodom, ali s parametrima radnog medija. Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 17 tehnologije T-S dijagram za vodu, R245fa i cikloheksan 2010. A. Schuster et al. / Applied Thermal Engineering 29 (2009) 1809–1817 Energijske 18 tehnologije Elektrana sa separiranjem pare i binarnim ciklusom Kondenzator Turbina 1. nivo Turbina 2. nivo Generator Isparivač Kompresor za nekondenzibilne plinove Separator Pumpa za k d fluid kond. fl id Predgrijač Povratna pumpa Povratna Proizvodna bušotina Vrući geotermalni fluid bušotina Hladni geotermalni fluid Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 19 tehnologije Binarni p proces Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 20 tehnologije Proizvodnja el. en. en. i korištenje topline Bolji stupanj djelovanja može se osigurati kombiniranim procesima: • • Dogrijavanjem medija iz geotermalnog izvora prirodnim plinom iz samog izvora ili nekim drugim gorivom Predgrijavanjem toplinskom energijom iz geotermalnog izvora kondenzata prije ulaska u generator pare konvencionalne termoelektrane Plan za Bizovac Energijske 21 tehnologije Bušenje, testiranje i korištenje izvora P [MW] razvoj pogon • Bušotine od ~200 m do ~4 km za određivanje temp. temp gradijenta i karakteristika nalazišta. • Nalazište može smanjiti toplinsku snagu nakon nekog vremena (5, 10, 15 godina) i tada treba dodati bušotinu ili koristiti se manjim kapacitetom. • Planirani Pl i i radni d i vijek ij k je j oko k 30 godina. di • Moderne metode bušenja smanjuju opadanje troškove: jedna održavanje široka (>60 cm) rupa upa oko o o 500 m i onda dvije kilometarske na razne strane za uzimanje i povrat vode Vrijeme Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 22 tehnologije Utjecaj na okoliš i recikliranje • Agresivnost i velika koncentracija otopljenoga u vodi di otežavaju t ž j rad d postrojenja t j j i smanjuju j j životni ži t i vijek • Rješenje je u izdvajanju i korištenju: – H2S za proizvodnju sumporne kiseline – Metali poput cinka kao sirovina – Različite naslage za građevinarstvo • Utj Utjecajj na okoliš k liš se može ž minimizirati i i i i ti vraćanjem ć j svega u bušotinu uz pozornost da to ne umanji prinos i Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 23 tehnologije Toplinska pumpa i hlađenje Dubina ispod površine (m) Srednja temp. u zemlji Zima Ljeto Temperatura tla (oC) Lagano suho tlo Prosječno tlo Vlažno tlo • Temperatura tla – konstantna od Sunčevog zračenje i zbog slabe toplinske vodljivosti tla – konstantnija kroz godinu na većoj dubini i kod manje vlažnog tla – Time je relativna razlika prema temperaturi okolice razmjerno velika i konstantna tijekom većeg dijela godine – P Pogodno d za grijanje ij j toplinskom li k pumpom i – Hlađenje klima uređajima Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 24 tehnologije Razne vrste sustava toplinske p p pumpe p Horizontalni kružni: zauzima najviše zemlje, jeftinije, male zgrade, ali temperatura dosta varira Otvoreni: jeftinije, problemi s vodom Vertikalni: V tik l i stjenovito tj it tlo, tl skuplji, treba manje zemlje, visoka efikasnost Ovisno o izvedbi faktor preobrazbe iznosi oko 50% Carnotovog: f.p. p = qdov/wt Praktično se postiže faktor preobrazbe od 3 do 5. Energijske 25 tehnologije Ukratko Korištenje geotermalne energije može imati opravdanje kao cjeloviti gospodarski program koji uključuje č proizvodnju el. en., turizam i poljoprivredu. Ekonomičnost ovisi o karakteristikama bušotine i potporama – rizik može biti veliki. Udio GE u proizvodnji el. en. nije veliki, ali postoji potencijal za povećanje. Ekološki prihvatljiv izvor uz dužnu brigu. Tehnologija g j je j zrela i iskustvo je j značajno. j Položaj izvora određuje mjesto korištenja. Zdenko Šimić - Geotermalna energija Energijske 26 tehnologije
© Copyright 2024 Paperzz
