Energia geotermalna to energia produkowana przez jądro Ziemi, dostępna w postaci gorącej wody lub pary wodnej. Jest wykorzystywana do produkcji ciepła grzewczego dla potrzeb komunalnych i produkcji rolnej, a lokalnie - również - energii elektrycznej. Brak jest wyrażonego określenia sposobu obliczania mocy takich Źródeł, uznając wartości naliczanych OZE jako tożsame z ilością energii przekazanej do użytkownika końcowego. Dotyczy to jednak tylko wykorzystania ciepła z pierwotnych nośników energii geotermalnej poprzez wymiennik ciepła, bez zastosowania tzw. pompy ciepła, gdyż ciepło netto pozyskiwane z pompy ciepła, generalnie, nie zalicza się do OZE, niezależnie od rodzaju dolnego
Źródła: grunt, powietrze, zbiornik wody powierzchniowej lub geotermalnej, czy energia odpadowa procesów technologicznych.
Prezes Rady Ministrów powołał w 2005 r. Międzyresortowy Zespół ds. analizy przepisów o biokomponentach stosowanych w paliwach ciekłych i biopaliwach ciekłych. W powyższym zarządzeniu wskazano, aby Zespół w swych działaniach uwzględnił przede wszystkim zgodność rzeczonej ustawy o biopaliwach z celami dyrektywy UE 2003/30/WE z dnia 8 maja 2003 r. w sprawie wspierania w transporcie biopaliw i innych paliw odnawialnych , do czego nie odwoływała się bezpośrednio rzeczona ustawa
Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych Źródłach energii [18] zostało wydane w wyniku delegacji wynikającej z art. 9a Ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne, dotyczącej określenia zasad realizacji tego obowiązku, w tym uszczegółowienie rodzajów odnawialnych nośników energii podlegających ustawie. Rozporządzenie to ma ogromne znaczenie operacyjne, ponieważ określa w sposób jasny, które rodzaje OZE będą w praktyce uwzględniane w krajowym bilansie energii elektrycznej i ciepła. Stanowić powinno rozwinięcie definicji zawartych w Prawie energetycznym.
Zgodnie z art. 4 rozporządzenia do energii wytwarzanej w OZE zalicza się, niezależnie od mocy Źródła, energię elektryczną lub ciepło pochodzące w szczególności: ,
Geotermia, energia geotermalna
Geotermia jest wykorzystaniem ciepła Ziemi przez odbiór energii z gruntu lub górotworu za pośrednictwem nośników energii wprowadzonych do otworu wiertniczego. [Ustawa z dnia 4 lutego 1994 r. Prawo geologiczne i górnicze].
Geotermia wysokiej entalpii (wysokotemperaturowa)
Temperatura źródła ciepła (wody termalne) umożliwia wykorzystanie bezpośrednie, bez udziału pomp ciepła („geotermia głęboka”), którego nośnikiem jest ciecz wypełniająca puste przestrzenie skalne (woda, para, gaz i ich mieszaniny). Wykorzystanie bezpośrednie, oprócz ciepłownictwa, może mieć miejsce w wielu innych dziedzinach, np. do celów rekreacyjnych
(kąpieliska, balneologia), hodowli ryb, produkcji rolnej (szklarnie). [Kapuściński, Rodzoch, 2006]
Geotermia niskiej entalpii (niskotemperaturowa)
Temperatura źródła ciepła (wód podziemnych i skał) < 20°C, energia odzyskiwania jest przy pomocy geotermalnych pomp ciepła („geotermia płytka”). [Kapuściński, Rodzoch, 2006]
Geotermometry chemiczne
Temperatura panująca w zbiorniku wody termalnej (wody termalne) może być oszacowana na podstawie składu chemicznego tej wody badanego w pobliżu powierzchni ziemi. U podstawy stosowania g.ch. leży założenie, że rozpuszczone w wodzie składniki minerałów budujących skały zbiornika znajdują się w równowadze chemicznej z tymi minerałami i że na trasie od zbiornika ku powierzchni nie nastąpiło zaburzenie tej równowagi. Najprostszym i najwcześniej zastosowanym g.ch. jest geotermometr krzemionkowy oparty na zależności od temperatury rozpuszczalności minerałów zbudowanych z krzemionki (kwarc, chalcedon, krzemionka bezpostaciowa). Inne g.ch. oparte są na stosunkach kationów zawartych w wodzie termalnej, np. Na/K, Na/Ca/Mg, Na/Li, Mg/Li. Często g.ch. dają wyniki rozbieżne, co może być spowodowane błędami w analizach wody (w szczególności w oznaczeniu glinu), nie do końca osiągniętą równowagą chemiczną między wodą a skałami oraz wieloma innymi przyczynami. Z reguły oceny temperatury zbiornika dokonuje się na podstawie kilku g.ch. dla osiągnięcia najbardziej prawdopodobnego wyniku. [Słownik hydrogeologiczny, PIG 2002, Warszawa].
Źródło termalne, źródło cieplicze, cieplica, źródło ciepłe
Źródło wyprowadzające na powierzchnię terenu wody głębokiego krążenia infiltracyjne lub juwenilne o temperaturze przekraczającej 20°C. W zależności od warunków hydrogeologicznych kształtujących termikę wód wyróżnia się źródła heterotermalne o temperaturze zmiennej i homeotermalne o temperaturze stałej. [Słownik hydrogeologiczny, PIG 2002, Warszawa]
Geotermometry izotopowe
Izotopowe wskaźniki temperatury wody podziemnej oparte na reakcjach wymiany izotopowej między wodą termalną (wody termalne) a jej rozpuszczonymi składnikami. Do najczęściej stosowanych należą g.i. oparte na: wymianie izotopowej tlenu między H2O a SO42–, siarki między SO42– a H2S, węgla między CO2 i CH4oraz wodoru między H2 i H2O. [Słownik hydrogeologiczny, PIG 2002, Warszawa].
SKRÓTY I OZNACZENIA
- COP - współczynnik efektywności energetycznej pompy ciepła (ang. Coefficient of Performance) oznaczający stosunek wytworzonej energii cieplnej do ilości energii elektrycznej zużytej na jej wytworzenie,
- energia pierwotna - (ang. primary energy) - energia zawarta w naturalnych zasobach (węgiel, ropa naftowa, uran, energia słoneczna, i inne), które nie zostały w żaden sposób zmienione lub przetworzone przez człowieka,
- Entalpia - termodynamiczna funkcja stanu, zwykle traktowana jako energia cieplna,
- GJ - jednostka energii cieplnej (gigadżul); 1 GJ = 109J,
- GNE - geotermia niskiej entalpii (niskotemperaturowa) - temperatura Źródła ciepła (wód podziemnych lub skał) <20°C, energia odzyskiwana jest przy pomocy geotermalnych pomp ciepła (niekiedy zamiennie używane jest sformułowanie "geotermia płytka") - definicja przyjęta dla potrzeb niniejszego opracowania,
- GPC - geotermalna (lub gruntowa) pompa ciepła (ang. GSHP - ground source heat pump lub GCHP - ground coupled heat pump; fran. PACG -pompę a chaleur geothermiaue) urządzenie umożliwiające podniesienie ciepła niskotemperaturowego wód podziemnych i gruntu, przy pomocy dostarczonej energii elektrycznej, na poziom wyższych temperatur, użytecznych dla celów grzewczych,
- GWE - geotermia wysokiej entalpii (wysokotemperaturowa) - temperatura Źródła ciepła (wody termalne) umożliwia wykorzystanie bezpośrednie, bez udziału pomp ciepła (niekiedy zamiennie używane są sformułowania "geotermia głęboka" lub "geotermia głęboko otworowa") - definicja przyjęta dla potrzeb niniejszego opracowania,
- HVAC - system instalacji grzewczo-klimatyzacyjnych budynków (ang. heating, ventilation, air conditioning),
- GWh - jednostka energii (gigawatogodzina); 1 GWh = 106 kWh,
- kW - jednostka mocy (kilowat); 1 kW = 103 W,
- kWh - jednostka energii (kilowatogodzina); 1 kWh = 3,6*106 J,
- LCC - koszt użytkowania instalacji GPC w całym okresie jej użytkowania (ang. Life Cycle Cost),
- MJ - jednostka energii cieplnej (megadżul); 1 MJ = 106 J,
- Mtoe (ang.) Mtep (fran.) - jednostka ekwiwalentna energii odpowiadająca zużyciu miliona ton oleju (1 Mtoe = 41,868 PJ= 1015kcal),
- MW - jednostka mocy (megawat); 1 MW = 103 kW,
- MWth - jednostka mocy cieplnej (Megawatt thermal)
ARB
Ostatnie obliczenia zasobów energii cieplnej i potencjału energetycznego (PJ) do głębokości 3000m dla obszaru całej Polski, przeprowadzone na potrzeby władz państwowych, przedstawiono w roku 2001 (J. Sokołowska, J. Sokołowski, J. Zimny)
Zasoby dostępne energii geotermalnej (ARB) w okręgach geotermalnych Polski (gorąca woda, gorące skały) wg J. Sokołowskiego są następujące:
Do głębokości 3km– potencjał energii: 73∙10^21[J] ≈ 75 mln [PJ]
Do głębokości 5km– potencjał energii: 200∙10^21[J] ≈ 200 mln [PJ]
Do głębokości 7km– potencjał energii: 387∙10^21[J] ≈ 390 mln [PJ]
Oczywiście te gigantyczne ilości energii, czyli ARB, stanowią całkowitą zawartość ciepła zmagazynowanego w skałach i gorącej, podziemnej wodzie, liczonym według prostego wzoru:
Objętość skał do danej głębokości * ciepło właściwe danej skały * różnica temperatur
pomiędzy daną warstwą geologiczną a średnią temperaturą powierzchni Ziemi.
W obliczeniach korzysta się również z dróg określania podstawowych wielkości
energetycznych i wskaźników sprawności:
• Moc netto elektrowni geotermalnej PNet. (kW) wyznacza równanie:
PNet. = PGenerat. – [PPompy inżekt. wody term. + PPompy cyrk. czyn. roboczego + PPompy wody chłodn.]
• Dostarczona energia geotermalna, _Q (kW) jest wyliczona według równania:
_Q = Q Wody term. przed wym. ciepła – Q Wody term. po wym. ciepła
W pompie cieplnej zachodzi proces zamiany energii elektrycznej w ciepło - czyli odwrotny niż w silniku cieplnym. Teoretyczna sprawność pompy cieplnej jest ograniczona odwrotnością sprawności cyklu Carnota czyli: q = 1/(1 - Tc/Th)
Zatem tym mniejsza sprawność im większa różnica temperatur.
Przykładowo dla temperatury wewnątrz domu równej 20 st C (293 K) i temperaturze gruntu równej -10 st. C (263 K) maksymalna teoretyczna sprawność pompy cieplnej wyniesie:
q = 1/(1 - 263/293) = 980%
NOWE OKREŚLENIA W TECHNOLOGI GŁEBOKIEJ GEOTERMII
Wykład Głęboka sucha geotermia
http://www.nfosigw.gov.pl/site/images/Klub_NFOS_04_prof_P_Moncarz.pps#256,1,Źródła ciepła energetycznego i minimalizacja emisji przy jego pozyskiwaniu.
Technologia EGS
Systemy geotermalne (ang. Enhanced Geothermal Systems, EGS), starsza nazwa: gorące suche skały (ang. Hot Dry Rock, najnowszy termin to Engineered Geothermal Systems, EGS). Technologia ta polega na odzysku ciepła z masywów skalnych, które pozbawione są odpowiednich własności zbiornikowych i nie zawierają wód, zatem są „suche”. Zalegają zwykle na głębokościach poniżej 3-5 km. Panują w nich stosunkowo wysokie temperatury (≥150°C) z racji wysokiej generacji ciepła przez pierwiastki promieniotwórcze zawarte w niektórych minerałach skałotwórczych. Masywy takie muszą być sztucznie szczelinowane, a do powstałych szczelin za pomocą odwiertów pompowana będzie woda, która po ogrzaniu do temperatur rzędu 100°C i wyższych – będzie wydobywana na powierzchnię i zagospodarowywana. Zamiast wtłaczania wody, do odzysku ciepła moŜna stosować otworowe wymienniki ciepła. Metoda jest obecnie w stadium eksperymentów, jednak w niektórych krajach i rejonach (np. Indie, Australia, Europa – Równina Górnego Renu – USA) przy – co należy jednoznacznie podkreślić – sprzyjających warunkach geotektonicznych i geologicznych jest uważana za perspektywiczną. Jednak według koncepcji Polskiego Laboratorium Radykalnych Technologii należałoby zejść do głębokości 6 – 7 tys. metrów, gdzie spodziewane są temperatury rzędu 300 a nawet 350 stopni Celsjusza
Kejow
