ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.
Verze 2.17
Geotermální energie
2
1
Geotermální energie • Historie • starověcí přírodovědci a filozofové psali o podzemním ohni • Využití teplé vody pro termální lázně (starověký Řím, území Itálie, Německa, Turecka, Číny, Indonésie,..) • V příbramském dole Vojtěch se poprvé na světě v roce 1873 prorubali hlouběji než 1000 m pod povrch dosahovaly teploty 50°C • 1904-první využití pro výrobu elektrické energie v Itálii
http://petrkrejci.bigbloger.lidovky.cz/
Teplota 38 stupňů Celsia, vydatnost pramene 800 l/s.
3
Geotermální energie
Zdroj tepla: • vznik planety + rozpad radioaktivních látek Využití: • zásobování teplem • výroba elektřiny (ohřev >150°C) • zásobníky tepla, chladu
www.carbonneutral.com
4
2
Geotermální energie • energie z hydrotermálních zdrojů vysoké teploty (>200 °C) pro výrobu elektrické energie – vulkanicky aktivní oblasti • energie tepla hornin („suché zemské teplo“) vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektrické energie (HDR hot dry rock) – vhánění a čerpání vody • energie z hydrotermálních zdrojů vyšší teploty (<150 °C) pro výrobu tepla (vulkanicky aktivní i sedimentární oblasti) – nejběžnější zdroje • geotermální energie pro nízkoteplotní systémy (tepelná čerpadla) 5
Geotermální energie • Postup využití geotermální energie • Vytvoření fyzikálního/matematického modelu využívané oblasti • Vytvořit předpověď využití na základě modelů a měření • Stanovit správné řešení vrtů a provést jeho realizaci • Čerpání energie řídit podle její dodávky (nevyčerpat geotermální reservoár)
6
3
Geotermální energie
• Hlavní sledované fyzikální veličiny – tepelný tok • Průměrný tepelný tok (množství tepla, které projde jednotkovou plochou na zemském povrchu) na Zemi je 60 +/- 10 mWm-2.
– tepelná vodivost hornin – hydrogeologické parametry lokality
http://www.mzp.cz/cz/geotermalni_energie
7
Přímé využití geotermální energie
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Vrt Hlava vrtu Přívodní potrubí geotermální energie Průtočný bazén Vypuštění bazénu Přepad 8
4
Nepřímé využití geotermální energie
1. 2. 3. 4.
Vrt Hlava vrtu Výměník tepla Ochlazená geotermální voda pro další použití 5. Odpadní geotermální voda 6. Recipient 7. až 10 Vytápěcí systém 9
Nepřímé uzavřené využití geotermální energie
1. a 11. Vrt 2. a 10. Hlava vrtu 3. Výměník tepla 4. a 7. Odběrná místa 5. a 9. Čerpadlo 6. Výměník tepla 7. až 10 Vytápěcí systém 10
5
Přímé využití horké páry
1. 2. 3. 4.
Geotermální vrt Hlavní uzávěr vrtu Parní turbína Generátor 11
Přímé využití horké páry s kondenzátorem
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 9.
Geotermální vrt Hlavní uzávěr vrtu Parní turbína Generátor Kondenzátor a 8. čerpadla chladícího okruhu Chladící věž Reinjektážní čerpadlo 12
6
Geotermální elektrárna • Principem je využití energie páry pro výrobu elektrické energie v generátoru.
http://visual.merriam-webster.com/energy/geothermal-fossilenergy/production-electricity-from-geothermal-energy.php
www.energybandgap.com
13
Geotermální energie v ČR • Ústí nad Labem - využité energie pro vytápění plaveckého bazénu a zoologické zahrady (2006) • Děčín – výtopna pro vytápění části města (2002) • •
•
Dokončeno v roce 2002 geotermální energii z vody o teplotě cca 30 °C z podzemního jezera, které se nachází pod Děčínem. Geotermální voda vyvěrá přirozeným tlakem z vrtu o hloubce 545 m a v technologii tepelných čerpadel se tepelný potenciál této geotermální vody využívá pro ohřátí otopné vody až na 72 °C. Při maximálním výkonu je vydatnost vrtu 54 l/s. Celkové náklady 531mil. Kč – vybudování centrálního kogeneračního zdroje, teplovodní sítě a předávacích stanic u připojených odběratelů tepla
•
- tepelná čerpadla 2x 3,28 MWt - kogenerační plynový motor 0,8 MWe/1,01 MWt - kogenerační plynový motor 1,94 MWe/2,09 MWt - plynové kotle 2x 16,5 MWt
14
7
Využití geotermální energie • Teplejší oblasti – výroba elektřiny • Chladnější oblasti – výroba tepla + (elektřiny) • Island – vytápění domů, skleníků (např. pěstování jižního ovoce), veřejných budov, bazénů, pro vyhřívání chodníků • Další země, které geotermální energii ve větším využívají, jsou USA, Velká Británie, Francie, Švýcarsko, Německo a Nový Zéland.
15
Kogenerace
16
8
Kogenerace • Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET, CHP) • Jedná se zpravidla o přeměnu primární energie na energii elektrickou tak, aby bylo možné využít odpadní teplo. • Podmínkou využití kogenerace je celoroční zajištění odběru tepla v blízkosti zdroje (např. příprava TV, technologie, vytápění). Umístění zdrojů: teplárny v blízkosti měst elektrárny v blízkosti zdroje paliva Trigenerace - výroba tepla, chladu a el. energie 17
Kogenerace Porovnání spotřeb energie
18
9
Kogenerace Technologie zdrojů KVET: • Parní protitlaková turbína • Parní odběrová turbína • Plynová turbína s rekuperací tepla • Paroplynové zařízení s dodávkou tepla • Spalovací pístový motor • Další technologie – mikroturbína, Stirlingův motor, palivový článek, parní stroj, organický Rankinův cyklus a kombinace uvedených technologií a zařízení
www.allforpower.cz 19
Kogenerace Parní odběrová turbína Mezi první a druhým stupněm turbíny se část páry využívá pro teplárenské účely. Neodebraná pára kondenzuje.
Plynová turbína s rekuperací tepla V podstatě proudový motor s využíváním energie spalin. Lopatkový kompresor stlačuje vzduch, dochází k ohřevu spalinami a k expanzi v prostoru turbíny. 20
10
Kogenerace
Spalovací pístové motory • Motor spalující levné palivo s přeměnou mechanické práce na elektrickou energii v generátoru a s využitím vznikajícího tepla. • Nejběžněji využito v malých a středních kog. jednotkáchnemocnice, sportovní haly, bazény, obchodní a administrativní centra, ČOV, bioplynové stanice, okrskové kotelny. • Provedení od malých 2 válcových kompaktních motorů až po oddělené 18 válcové umístěné z důvodu hluku v samostatných prostorách.
21
Organický Rankinův cyklus - nižší otáčky turbíny umožňují přímý pohon generátoru bez převodovky minimální eroze lopatek turbíny vlivem absence kapiček pracovní látky - možnost využití energie ze zdrojů s relativně nízkou teplotou - nižší tlak a teplota v celém oběhu - vyšší životnost - nenáročnost na obsluhu - odpadá nutnost doplňování a úpravy vody (úniky a doplňování organické pracovní látky v sekundárním okruhu jsou minimální) - celkem vysoká účinnost při nižších teplotních spádech - nižší provozní náklady
www.tzbinfo.cz
22
11
Mikrokogenerace • Kogenerace – současná výroba tepla a elektřiny při vysoké účinnosti
• Mikrokogenerace – výroba elektřiny a tepla pro oblast malých výkonů (rodinné domy,..) při nízkých emisích
• Technologie – Stirlingův motor – Motor s vnitřním spalováním – Palivový článek
23 23
12
