[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Prąd z… ciepłych wód

Opublikowano: 21.02.2011
image

W miarę narastania energetycznych problemów w wielu regionach świata coraz większe zainteresowanie wywołuje możliwość wykorzystania zasobów ciepła zgromadzonego w zbiornikach wód o relatywnie niewysokiej temperaturze. Właśnie z powodu niskich temperatur produkcja energii elektrycznej z użyciem tego czynnika - w odróżnieniu od odzysku ciepła - od dawna napotykała na istotne problemy techniczne i ekonomiczne. Do wspomnianych źródeł zalicza się w przede wszystkim złoża geotermalne. Pierwsza elektrownia geotermalna powstała we Włoszech już w 1904 r. Łączna moc zainstalowana w siłowniach tego typu na całym świecie przekroczyła 10 GWe. W przemysłowym wykorzystaniu tego potencjału przodują Stany Zjednoczone, gdzie wody geotermalne dają około 0,3 % krajowej produkcji energii elektrycznej.

 Zależnie od temperatury wypływającej wody, stosuje się dwa typy elektrowni geotermalnych. Przy temperaturze ponad 175°C, powstająca z niej para płynie wprost do turbiny; jest to więc elektrownia o jednym obiegu i jednym czynniku roboczym. Natomiast woda o temperaturze 100-175°C wymaga zastosowania dwuczynnikowego obiegu. W wymienniku ciepła gorąca woda podgrzewa aż do odparowania czynnik roboczy - medium o niskiej temperaturze wrzenia np. izobutan, amoniak. Pary tej cieczy napędzają turbinę, a następnie ich skropliny powracają do wspomnianego wymiennika ciepła. W obu przypadkach woda ze złoża geotermalnego (solanka) powraca do swego źródła. Zastosowanie obiegu dwuczynnikowego stwarza możliwości przezwyciężenia istotnych trudności optymalnego wykorzystania energii wód geotermalnych, jakie występują w instalacji jednoczynnikowej. Bloki geotermalne z jednym czynnikiem jako medium roboczym są projektowane bowiem dla określonej temperatury wody ze złoża, wskutek czego przy zmianie tego parametru o więcej niż 10-20°C następuje znaczny spadek sprawności cyklu. Ustalono jednak, że skład mieszaniny roboczego medium znacząco wpływa na ekonomię pracy instalacji dwuczynnikowej niezależnie od zmian wspomnianej temperatury.

Jednym z rozwiązań opartych na tym spostrzeżeniu okazał się cykl Kaliny, wynaleziony w połowie lat 80. jako alternatywa dla konwencjonalnego cyklu Rankine'a. Cykl Kaliny wykorzystuje do napędu turbiny czynnik roboczy stanowiący mieszaninę amoniaku i wody. Zmieniając skład cieczy, uzyskuje się żądane parametry wrzenia i kondensacji, co powoduje, że energia cieplna jest odzyskiwana bardziej wydajnie. Cykl Kaliny mogą realizować elektrownie cieplne różnego rodzaju, w tym oczywiście także geotermalne. Pierwsze przemysłowe zastosowanie cyklu Kaliny zrealizowano w 1998 r. w spalarni śmieci w Kashima (Japonia). Instalacja ta wytwarza 3.1 MW mocy elektrycznej netto, używając gorącej wody o temperaturze około 100oC. Jedną z pierwszych przemysłowych instalacji geotermalnych wykorzystujących cykl Kaliny uruchomiono w 2000 r. w Husavik (Islandia). Elektrownia wytwarza moc 2 MW przy wypływie wód geotermalnych w ilości ok. 0.1t/s o temperaturze 123°C. Możliwość wykorzystania cyklu Kaliny stwarzają także inne obiekty przemysłowe, gdzie występują strumienie odpadowego ciepła o niskiej temperaturze jak np. przepompownie gazu ziemnego. W obiektach tych w Stanach Zjednoczonych można wykorzystać moc ponad 4 000 MW traconą bezpowrotnie w cieple gazów wylotowych z istniejących turbin.

 Innym, sprawdzonym już w skali przemysłowej, rozwiązaniem zwiększającym możliwości elektrowni geotermalnych stał się wynalazek amerykańskiej firmy UTC Power znany pod nazwą PureCycle. Przed wprowadzeniem tej innowacyjnej technologii za najniższą temperaturę wód geotermalnych przydatnych do produkcji energii elektrycznej uważano powszechnie 140°C - amerykański wynalazek obniża tę granicę do poziomu 90°C (a nawet znacznie niżej) usuwając w istocie najpoważniejszą przeszkodę dla rozwoju elektroenergetyki geotermalnej. Wynalazcy tej firmy wykorzystali wytwarzane masowo podzespoły urządzeń chłodniczych i w oparciu o wieloletnie doświadczenia i badania skonstruowali modułowe bloki energetyczne małej mocy przeznaczone do generacji energii elektrycznej z niskotemperaturowych nośników ciepła. Moduł taki przypomina wyglądem dużą chłodziarkę i odznacza się wyjątkową prostotą budowy oraz montażu. Dostępny obecnie PureCycle Model 280 przystosowano do szerokiej gamy rodzajów nośników ciepła, w tym również oczywiście wody geotermalnej. Układ realizuje organiczny cykl Rankine'a przez odparowanie i rozprężanie cieczy roboczej w zamkniętym obiegu; jest to więc swego rodzaju znana już elektrownia dwuczynnikowa. Podstawowe dane techniczne i parametry znamionowe modułu PureCycle Model 280 zestawiono w tabeli:



Urządzenie zostało zaprojektowane do ciągłej pracy bezobsługowej z możliwością zdalnego sterowania. Montaż modułu wykonywany jest w całości u producenta; na miejscu zabudowy konieczne jest jedynie doprowadzenie mediów (woda termalna i chłodząca) oraz przyłączenie do sieci elektrycznej. Minimalne nakłady na instalację i eksploatację są wyróżnikiem tej nowatorskiej technologii zunifikowanych, wielkoseryjnych, modułowych minielektrowni geotermalnych. Właśnie standaryzacja urządzeń, znakomicie upraszczająca czasochłonny i kosztowny proces projektowania, produkcji i uruchamiania stanowi o atrakcyjności tej nowej generacji małych elektrowni geotermalnych. Pierwsze moduły PureCycle zostały zainstalowane i uruchomione w ciągu miesiąca w miejscowości Chena na Alasce w 2006r. Wszystkie 44 budynki tego odległego uzdrowiska od dawna ogrzewano wodą z miejscowego złoża geotermalnego o temperaturze 95°C. Jednak dotychczas ta, jak i setki innych miejscowości tego subarktycznego stanu USA były zasilane energią elektryczną z agregatów prądotwórczych diesla, które stanowią uciążliwe źródła emisji zanieczyszczeń i zagrożeń ekologicznych. Przejście na geotermię pozwoliło obniżyć koszt wytwarzania elektryczności z ponad 30 centów/kWh (w oparciu o olej napędowy) do zaledwie 6 centów. Szczególną uwagę zwraca zdolność elektrowni do pracy przy spadkach temperatury wody nawet do 70°C! Następne moduły PureCycle Model 280 zostały uruchomione w kilku stanach do generacji elektryczności ze źródeł geotermalnych o temperaturach 100-140 °C. W tych przypadkach woda wylotowa z elektrowni posiada jeszcze dostatecznie wysoką temperaturę dla ogrzewania szklarni i dopiero potem kierowana jest do złoża.

Stany Zjednoczone, dysponujące zainstalowaną mocą w elektrowniach geotermalnych 3,086 MW (2010 r.), posiadają rozpoznane zasoby podziemnych, niskotemperaturowych wód, zdolne do generacji około 120 GW mocy elektrycznej. Ostatnio potencjał ten zwiększył się wydatnie o możliwości generacyjne wód odpadowych z pól wydobywczych ropy naftowej i gazu ziemnego. Również pozostałe kraje tego kontynentu czyli Kanada i Meksyk, intensywnie rozwijają produkcję energii elektrycznej z niskotemperaturowych wód geotermalnych. Meksyk (blisko 1000 MW w czterech czynnych elektrowniach geotermalnych) dysponuje ogromnymi zasobami wód o temperaturze 60-180°C. W Kanadzie, gdzie dotychczas nie wytwarzano „geotermalnej" elektryczności, planuje się uruchomienie kilku małych elektrowni (rzędu 1 MW) na ciepłą wodę. W większości tych zakładów będzie wykorzystany sprawdzony organiczny cykl Rankine'a; w niektórych obiektach zostaną użyte wspomniane agregaty PureCycle. Duże nadzieje wiąże się z wykorzystaniem nieczynnych odwiertów na wyeksploatowanych polach naftowych i gazowych. Chociaż wypływ wody z tych otworów jest wyraźnie słabszy niż z konwencjonalnych szybów geotermalnych, a temperatura nośnika ulega dodatkowo znacznemu obniżeniu, nie mniej jednak z istniejących szybów można w samych tylko Stanach Zjednoczonych uzyskiwać rocznie 25 miliardów baryłek ciepłej wody podziemnej. Zachętą dla górnictwa naftowego w tym kraju ma być wprowadzenie systemu finansowych udogodnień w razie utylizacji produktu ubocznego tj. wód geotermalnych do lokalnej produkcji energii elektrycznej, przynajmniej na własne potrzeby. Przykładem udanej aplikacji tej koncepcji jest uruchomiona w 2008 r. instalacja prądotwórcza o mocy 217 kW na bazie podziemnej wody o temperaturze 93°C w ośrodku badań górnictwa naftowego w Górach Skalistych. W Brazoria (Teksas) od 5 lat uzyskuje się 500 kWe ze źródła geotermalnego ok. 150°C na polu gazonośnym. Badania i pilotażowe instalacje wspomaga finansowo i naukowo amerykański Departament Energetyki. Dzięki wykorzystaniu dostępnych odwiertów naftowo-gazowych czas zwrotu ponoszonych nakładów na budowę minielektrowni skraca się - w porównaniu z tradycyjnymi elektrowniami geotermalnymi - z około 5 lat do 6 miesięcy.

Jeszcze inną koncepcją wykorzystania wód o niskiej temperaturze do produkcji elektryczności są tzw. słoneczne stawy (ang. solar ponds). Idea ta została, jak na razie, urzeczywistniona w niewielu miejscach na świecie. Jednym z nich jest minielektrownia En Boqeq usytuowana na południowym brzegu Morza Martwego, w której sięgnięto po ciepło promieniowania słonecznego, akumulowane w głębszych warstwach słonych akwenów. W siłowni tej sztuczny zbiornik o powierzchni 0.7 ha i głębokości 2-3 m wypełniono słoną wodą z pobliskiego „morza"; gumowa powłoka na dnie zapobiega utracie wody. Zasolenie tego stawu wzrasta wraz z głębokością z uwagi na rosnącą gęstość roztworu. Intensywne promieniowanie Słońca nagrzewa solankę, przy czym cięższa warstwa na dnie nie unosi się ku górze (brak naturalnej konwekcji) i efektywnie gromadzi ciepło. W rezultacie warstwa przy dnie posiada temperaturę ponad 90°C, podczas gdy na powierzchni temperatura wody mniej zasolonej sięga tylko 30°C. Dla wykorzystania ciepła zgromadzonego w tym "słonecznym stawie" zastosowano trójstopniową przemianę energetyczną obejmującą odparowanie, rozprężanie i skraplanie. Ciepła woda z dna zbiornika jest pompowana i przetłaczana przez wymiennik, w którym nagrzewa substancję podobną do freonu. Jego pary napędzają turbinę specjalnej konstrukcji sprzęgniętą z generatorem o mocy 150 kW. Opary po opuszczeniu turbiny ulegają skropleniu wskutek schłodzeniu przez zimniejszą wodę pobieraną z powierzchni stawu. Wszystkie media tego cyklu pracują w obiegu zamkniętym, a uzupełniania wymaga jedynie odparowująca warstwa powierzchniowa akwenu.
Udana aplikacja w En Boqeq sprawiła, że przystąpiono już do budowy większej elektrowni tego rodzaju, tym razem o mocy 5 MW. Podobna elektrownia, również o mocy 5 MW, pracowała zresztą już w tym kraju do 1988 r. w oparciu o słony zbiornik Ben HaRava o powierzchni 21 ha. W Izraelu szacuje się, że jego wielki „słoneczny, słony staw" czyli Morze Martwe byłby w stanie zaspokoić w powyższy sposób zapotrzebowanie na energię elektryczną całego kraju! Warto zaznaczyć, że chociaż sprawność tej instalacji wynosi tylko kilkanaście procent, koszt budowy 1 kW w elektrowni tego typu jest konkurencyjny dla innych technologii i wynosi około 2 000 USD.

źródło: http://gigawat.info/



KONTAKT wyślij zapytanie ofertowe

Gigawat Energia

E-mail: energia@staszica.com

Tel: +48 12 631 32 50
Fax: +48 12 631 32 51
Adres:
Krowoderska 58 / 18
31-158 Kraków

Katalog Firm

  • Glen Dimplex

    Marka Dimplex posiada ponad 30-letnie doświadczenie w rozwoju innowacyjnych i…
    Glen Dimplex
  • Nibe-Biawar

     NIBE-BIAWAR to największy w Polsce producent zaawansowanych technologic…
    Nibe-Biawar
  • Stiebel Eltron

      19 listopada 1991 roku zarejestrowano spółkę STIEBEL ELTRON Po…
    Stiebel Eltron

Produkty