Forum Akademickie Page Not Found - Forum Akademickie

Błąd 404 - Strona o podanym adresie nie istnieje



Badania naukowe

Ekologiczne rdo energii

Odwierty, ktre kiedy suyy do eksploatacji z ropy naftowej czy gazu ziemnego, dzi z powodzeniem mona wykorzysta do pozyskiwania energii geotermalnej.
Mariusz Karwowski

Kiedy pod koniec XIX wieku Ignacy ukasiewicz tworzy na Podkarpaciu kolebk wiatowego przemysu naftowego, zapewne nie przypuszcza, e ponad sto lat pniej bdzie mia rwnie duy wkad w rozwj zupenie nowej, alternatywnej odmiany energii. Setki odwiertw, ktre suyy do eksploatacji, a dzi ze wzgldu na wyczerpanie si zasobw przeznaczane s do likwidacji, mog by przydatne w geoenergetyce. To stosunkowo nowy dzia energetyki, zajmujcy si wykorzystaniem ciepa pochodzcego z wntrza ziemi.

- Do jego pozyskania, tak jak w przypadku innych rde niekonwencjonalnych, w tym odnawialnych, ponie trzeba wysokie koszty inwestycyjne. W duej czci skadaj si na nie prace grnicze, polegajce na wierceniu drogich otworw. Tymczasem adaptacja ju istniejcych bdzie znacznie mniej kosztowna - uwaa prof. Andrzej Gonet z Akademii Grniczo-Hutniczej w Krakowie.

Ciepo zgromadzone pod powierzchni ziemi pochodzi jeszcze z czasw narodzin naszej planety oraz z procesu rozpadu pierwiastkw promieniotwrczych. Ciepo geotermalne skumulowane jest wanie w skaach oraz pynach znajdujcych si w skalnych porach i szczelinach. Jego rdem mog by rwnie wulkany i gejzery. Jeszcze do niedawna powszechny by pogld, e energi geotermaln mona wykorzystywa tylko w miejscach, gdzie warunki geologiczne umoliwiaj jej samorzutne wypywy bd jest ona atwo dostpna. Tymczasem okazao si, e mona j pozyskiwa dosownie wszdzie, a jedyna rnica wynika z nasilenia i warunkw wystpowania ciepa pod ktem jego eksploatacji z grotworu. Oczywicie, najkorzystniej byoby, gdyby wystpowaa jak najbliej powierzchni terenu. Poniewa jednak temperatura ska ronie wraz z gbokoci, o wiele wartociowsze s stosunkowo gbokie otwory wiertnicze. Istotnym czynnikiem, determinujcym w gwnej mierze gboko, z jakiej pozyskuje si wod geotermaln, jest pooenie warstwy wodononej.

Gowica eksploatacyjna odwiertu

- Czy to w wulkanach, czy w gejzerach niezbdny jest czynnik grzewczy, ktry przetransportuje ciepo ze zoa do odbiorcy. Rol t spenia woda, ktra dostaje si do gorcych ska, a nastpnie otworami wiertniczymi eksploatowana jest na powierzchni i transportowana do uytkownika.

Nowa funkcja odwiertw

Problem pojawia si w momencie, gdy w danej strefie nie wystpuj dostatecznie due rda wd gbinowych albo wrcz nie ma ich wcale. Czy przekrela to moliwo wykorzystania energii geotermalnej? Prof. Andrzej Gonet susznie zaoy, e nie.

- Wtedy mona t energi eksploatowa ze ska, m.in. za porednictwem otworowych wymiennikw ciepa, ktre instaluje si w odwiertach - wyjania mj rozmwca, ktry wraz z dr. in. Tomaszem liw opracowa sposb wymiany ciepa geotermalnego pomidzy grotworem a powierzchni ziemi, oparty na istniejcych ju odwiertach.

Polega on na ich adaptacji wanie na otworowe wymienniki ciepa. Instaluje si je w szczelnym odwiercie oczyszczonym z ropy. Najefektywniej przedsiwzicie to wyglda w momencie, gdy odbiornik ciepa znajduje si w niewielkiej odlegoci. W przeciwnym wypadku powikszaj si nie tylko koszty realizacji, ale przede wszystkim straty energii cieplnej. Budowa wymiennikw nie jest zbyt skomplikowana. To system rur poczonych w taki sposb, e cz z nich stanowi istniejc obudow odwiertu, a nowe tworz wewntrzn kolumn. Mog one by wykonane z podwjnych rur stalowych z przestrzeni piercieniow wypenion azotem albo z utrzymywanym w niej podcinieniem. Naukowcy z AGH proponuj jednak inne, znacznie prostsze rozwizanie, a mianowicie zastosowanie rur z tworzyw sztucznych. Musz by jednak wykonane tak, aby ich ciana bya jak najlepszym izolatorem ciepa.

- Tworzy si w ten sposb ukad cyrkulacyjny, skadajcy si z przestrzeni piercieniowej, ktr nonik ciepa pynie w kierunku dna odwiertu, ogrzewajc si od otaczajcego grotworu, a powraca na powierzchni ju ogrzany wewntrzn kolumn rur izolujcych - tumaczy zasad dziaania prof. Gonet.

Istotn rol w caym procesie peni nonik ciepa, wprowadzany do otworowego wymiennika z powierzchni. Tym nonikiem moe by rwnie dobrze woda, jak i roztwr glikolu, stosowany w celu obnienia temperatury zamarzania. Po wprowadzeniu ciecz cyrkuluje ju w ukadzie zamknitym, czyli na linii otworowy wymiennik - rurocig - odbiorca ciepa - rurocig - otworowy wymiennik. Jest to moliwe dziki specjalnemu korkowi uszczelniajcemu, ktry naley wykona w odwiercie. Dziki temu strefy dopywu mediw zoowych do odwiertu zostaj odizolowane i ukad staje si przez to zamknity. Krenie w nim nonika ciepa umoliwia pompa obiegowa oraz gowica cyrkulacyjna, znajdujca si na wylocie odwiertu, przy powierzchni terenu.

- Cyrkulujca ciecz podczas przemieszczania si w d ogrzewa si od grotworu. Na dnie, w punkcie zwrotnym wpywa do wntrza izolacyjnej kolumny rur, ktr transportowana jest z powrotem. Otrzymane ciepo bdzie ciepem niskotemperaturowym, nie nadajcym si do wykorzystania w celach grzewczych - przestrzega dr Tomasz liwa.

Urzdzenie wiertnicze

Ale wcale nie znaczy to, e jest bezuyteczne. Aby wykorzysta je do ogrzewania mieszka, potrzeba temperatury znacznie wyszej. W zwizku z tym, e rne systemy ciepownicze - w zalenoci od wymaga odbiorcy ciepa - potrzebuj rnych temperatur, naleao pomyle o sposobie dopasowania temperatury do wymaga konkretnego odbiorcy energii. Problem udao si rozwiza poprzez dodanie do systemu pompy ciepa, ktra umoliwia zagospodarowanie ciepa nawet o niskich temperaturach.

- Pompa na powierzchni odbiera ciepo niskotemperaturowe od czynnika grzewczego, cyrkulujcego w odwiercie i po podniesieniu jego temperatury oddaje go czynnikowi grzewczemu krcemu w odbiorczym systemie grzewczym lub ogrzewa bdzie wod uytkow. W ten sposb podniesie stan energetyczny tego ciepa do wyszej, uytecznej temperatury - dodaje dr liwa.

UNIWERSALNA ENERGIA

Zagospodarowanie ciepa zawartego w skorupie ziemskiej do celw grzewczych wydaje si najbardziej opacalne z szerokiego wachlarza zastosowa energii geotermalnej. Niemniej jej uniwersalno sprawia, e mona j stosowa rwnie w celach leczniczych, rekreacyjnych, rolniczych, a nawet do produkcji prdu elektrycznego.

- eby jednak przesya t energi na due odlegoci, trzeba wpierw zamieni j na elektryczn. W tym celu niezbdne jest rdo o wysokiej temperaturze, przekraczajcej 100C. Istniejce technologie uzyskiwania prdu z niszych temperatur s skomplikowane i obecnie mao opacalne - wyjania prof. Gonet.

Otworowe wymienniki ciepa wykonuje si na szerok skal gwnie w Szwajcarii, ale ciesz si one powodzeniem rwnie w USA, Szwecji oraz w Niemczech. Moi rozmwcy swoje badania praktyczne skoncentrowali na odwiertach kopalni ropy naftowej Iwonicz Zdrj.

- Opracowalimy projekt wykonania instalacji grzewczej opartej na dwch przeznaczonych do likwidacji odwiertach do ogrzewania sanatorium Excelsior. W tej chwili trwaj prace zmierzajce do realizacji inwestycji. Przeprowadzone analizy wykonalimy dziki modelowaniu matematycznemu, zarwno procesw wymiany ciepa, jak te rachunku ekonomicznego.

Do ogrzewania w sanatorium Excelsior wybrano wod uytkow, majc na wzgldzie stosunkowo nisk wymagan temperatur i caoroczne obcienie rda ciepa. A im nisza temperatura wymagana oraz im duszy czas i stopie obcienia, tym lepiej - przekonuj naukowcy z Akademii Grniczo-Hutniczej. W Iwoniczu odwierty znajduj si na terenie parku uzdrowiskowego, okoo 300 m od budynku sanatorium.

- Ze wzgldw technicznych i ekonomicznych ich konstrukcje nie ulegn zmianie. Wykonane zostan jedynie korki uszczelniajce do gbokoci 470 i 590 m. Koszt likwidacji dwch odwiertw wynosi okoo 300 tys. z, a koszty adaptacji oscyluj wok tej wartoci, co oznacza, e przy niewielkich nakadach finansowych zamiast likwidowa odwierty, mona je zaadaptowa na otworowe wymienniki ciepa - podkrela dr Tomasz liwa.

W Iwoniczu z odwiertw mona uzyska 50 kW mocy grzewczej. Jest to warto optymalna, wynikajca z konstrukcji odwiertw, a zwaszcza ich gbokoci. Moc ta moe jednak ulec zwikszeniu, choby poprzez podczenie kolejnych zaadaptowanych odwiertw.

- Ze wzgldu na rnorodno przeznaczenia ciepa, wynikajc z rozbudowanego systemu grzewczego w sanatorium, najkorzystniejsze jest wykorzystanie ciepa do ogrzewania wody uytkowej. Umoliwi to prac pompy ciepa z wysok sprawnoci oraz znacznie dusze i peniejsze wykorzystanie rda energii.

Otworowe wymienniki ciepa przechwytuj energi przepywajc ku powierzchni ziemi ze rednim strumieniem 60 miliwatw na m2 oraz odbieraj energi z otaczajcego odwiert grotworu. Szacunkowo z 20-metrowego odcinka odwiertu mona uzyska 1 kW mocy grzewczej. A to oznacza, e do ogrzania domu jednorodzinnego, wykonanego w nowej technologii, wystarczy np. jeden odwiert na gboko 200 m.

I DLA MAYCH, I DLA DUYCH

Jeli przyj, e koszt wiercenia jednego otworu do gbokoci 3000 metrw oscyluje wok 10 mln z, co stanowi ponad poow kosztw inwestycyjnych, staje si jasne, dlaczego w uprzywilejowanej sytuacji s gminy posiadajce ju na swoim terenie takie odwierty, wykonane wczeniej, np. przy okazji poszukiwa geologicznych. Tak jest w Iwoniczu, tak te jest na niemal caym Podkarpaciu. Odwierty w kopalniach gazu i ropy naftowej rzadko peni ju swoj funkcj. Znaczna ich cz, w tym otwory „negatywne”, czyli takie, ktre z punktu widzenia przemysu naftowego s zbyteczne, mog zosta zlikwidowane. Mog, ale wcale nie musz. Po przeprowadzeniu niezbdnych zabiegw rekonstrukcyjnych, mogyby by wykorzystane wanie jako rdo energii geotermalnej. Zapewne gra warta jest wieczki, ale autorzy projektu zwracaj uwag, i adaptacja istniejcych odwiertw napotyka moe na pewne trudnoci. Abstrahujc ju od ich stanu technicznego, problem stanowi moe lokalizacja. Wiadomo, e suc eksploatacji gazu bd ropy, musiay znajdowa si na peryferiach duych skupisk ludzkich. W odniesieniu do energii geotermalnej odlego ta dziaa na niekorzy. Dlatego w takich przypadkach energi ciepln mona zagospodarowa jedynie lokalnie. Problemy wystpuj take przy zbyt duych zasobach energetycznych. Wtedy najrozsdniejsze wydaje si wykorzystanie wody w systemie kaskadowym. Podobne rozwizania funkcjonuj np. w Islandii. Chodzi o to, by po oddaniu ciepa na potrzeby generowania np. energii elektrycznej i ogrzewania wybranych obiektw, np. suszarni czy szklarni, woda geotermalna posuya w basenach uzdrowiskowo-rekreacyjnych.

- Energia geotermalna moe by wykorzystywana do celw grzewczych rwnie dobrze w maych miastach, jak i w duych aglomeracjach. Przykady Parya czy Reykjaviku pokazuj, e moe to by nawet bardziej efektywne ni w maych miejscowociach. Szczeglnie dlatego, i w duych miastach istnieje ju infrastruktura w postaci sieci ciepowniczych do rozprowadzania ciepa - przekonuje prof. Andrzej Gonet, ktry zagadnieniami zwizanymi z energi geotermaln zajmuje si ju od kilkunastu lat.

Skojarzenie koniecznoci ochrony rodowiska z porzdkowaniem infrastruktury na starych zoach i zwizane z tym likwidacje odwiertw, day impuls do bada nad wymiennikami otworowymi. Rozpoczynajc je prof. Gonet mia na wzgldzie rwnie aspekt spoeczny. Pracownicy likwidowanych kopal ropy naftowej mogliby przecie przekwalifikowa si na operatorw energii geotermalnej. Dla tak biednego regionu, jakim jest Podkarpacie, ma to istotne znaczenie. A spord wszystkich wikszych miast w Polsce to wanie Rzeszw posiada najlepsze rozpoznanie geologiczne, wynoszce 1 otwr na 2 km2 powierzchni miasta. W dodatku jest ju infrastruktura ciepownicza, dziki czemu inwestycje geotermalne mog by realizowane przy znacznie mniejszych kosztach. Podkarpacie upatruje swej szansy w geotermii i moe tak, jak przed laty, bdzie wytycza nowe drogi postpu.

Forum Akademickie Page Not Found - Forum Akademickie

Błąd 404 - Strona o podanym adresie nie istnieje