profil

Ciepło geotermalne.

poleca 91% 139 głosów

Treść
Grafika
Filmy
Komentarze

Energia towarzyszy człowiekowi od zarania dziejów. Zmieniły się tylko jej źródła i formy. Nasi praprzodkowie z biegiem czasu dokonywali coraz to nowych wynalazków. Wykorzystywali siłę wody, czy wiatru.

Wnętrze Ziemi jest gorące z dwóch powodów: pozostałość po procesie formowania się planety oraz naturalny rozkład pierwiastków promieniotwórczych we wnętrzu Ziemi. Wody geotermalne powstają w wyniku ogrzewania wód podziemnych przez magmę lub gorące skały. Temperatura zmienia się wraz z głębokością i bezpośrednio przy powierzchni rośnie o ok. 300C na każdym kilometrze. Ten przyrost temperatury, nazywany stopniem geotermicznym nie jest taki sam dla różnych rejonów geograficznych i może osiągać wartość znacznie mniejszą lub większą nawet do ok. 600 C/km.

Wody goetermalne uważane są powszechnie za odnawialne źródło energii. Jednak aby można było użyć takiego sformułowania musza być spełnione odpowiednie warunki użytkowania wód, tzn. woda po oddaniu ciepła musi być zatłaczana z powrotem, a tempo wydobycia i obniżania temperatury zbiornika nie powinno przekraczać szybkości ponownego ogrzania się wody we wnętrzu ziemi. Taki warunek spełniony jest wyłącznie w przypadku wód o bardzo wysokiej temperaturze.


Wykorzystanie ciepła geotermalnego ma ponad 1000-letnią historię. Już w IX wieku Islandczycy używali wód geotermalnych do gotowania posiłków. Wcześniej, bo w starożytności ciepłe wody wypływające na powierzchnię Grecy i Rzymianie wykorzystywali do kąpieli, z wiadomości pozytywnego wpływu balneologii na zdrowie. W okolicach Reykjaviku (Islandia) na zwiększoną skalę cierpł wodę używa się do ogrzewania domów i szklarni od 1930 roku. Obecnie ciepłownictwo geotermalne przybiera przemysłowa skalę m.in. we Francji, Włoszech, na Węgrzech, we wschodniej części Niemiec. W XX wieku po raz pierwszy ujarzmiono energię geotermalną i rozpoczęto jej wykorzystanie na dużą skalę zarówno do produkcji energii elektrycznej, jak i do zastosowań bezpośrednich.

W ostatnim trzydziestoleciu wykorzystanie energii geotermalnej gwałtownie wzrosło. W 2000 r. zasoby geotermalne były rozpoznane w ponad 80 krajach, w tym w 58 krajach są one praktycznie stosowane. Energia elektryczna z par geotermalnych produkowana jest w 21 krajach na wszystkich kontynentach. Na czele listy znajdują się następujące kraje (dane z 1999r):
USA (2228 MW)
Filipiny (1909 MW)
Włochy (785 MW)
Meksyk (755 MW)
Japonia (547 MW)
Nowa Zelandia (437 MW)
Islandia (170 MW)
Salwador (161 MW)
Kostaryka (142 MW)

Jednak najbardziej spektakularnym przykładem wykorzystania gorących wód jest Islandia, gdzie energia geotermalna zaspakaja 86% potrzeb kraju w zakresie ciepłownictwa.


W polskich warunkach geologicznych wypływające na powierzchnię wody geotermalne spotyka się rzadko i mają one nieco ponad 200C, konieczne staje się, więc sięganie po zasoby zalegające na większych głębokościach. Wody geotermalne występują w przestrzeni porowej lub szczelinowej skał. Zwykle skały te, to piaskowce, mułowce, wapienie i dolomity. Kompleksy takich skał zwane są zbiornikami geotermalnymi.

Zasoby wód geotermalnych w Polsce są ogromne, energia zawarta w wodach basenów geotermalnych na obszarze Polski odpowiada w przybliżeniu 33 miliardom ton ropy naftowej. Ujęcie jej jest możliwe i może być opłacalne na 80-90% powierzchni kraju.

Rozkład zbiorników geotermalnych i potencjalnych złóż energii geotermalnej oraz ich zasoby zostały przez geologów rozpoznane w stopniu pozwalającym wytyczać kierunki i wyznaczać najlepsze miejsca rozwoju energetyki opartej o to odnawialne źródło energii. Wyniki badań zestawione są w postaci różnych zagadnieniowych map geologicznych.

Ponieważ średnio- i wysokotemperaturowe złoża wód geotermalnych występują w Polsce na głębokościach 1000 - 4000 metrów, udostępnienie ich jest możliwe metodami wiertniczymi, analogicznymi do wierceń poszukiwawczych za gazem i ropą naftową. W praktyce lepiej wykorzystać odwierty już istniejące lub odbudować stare odwierty, niż wykonywać nowe wiercenia, ponieważ koszt głębokiego odwiertu, osiągającego złoża wysokotemperaturowe może wynosić kilkanaście milionów złotych (nowych).

Obecnie pracujące zakłady geotermalne działają w oparciu o system dwóch otworów, tzw. dublet. Otwory znajdują się w odległości około 1 kilometra i jeden z nich jest otworem eksploatacyjnym, drugi zaś chłonnym. Gorąca woda wypływa ze złoża otworem eksploatacyjnym, przepływa rurami do wymiennika ciepła, gdzie oddaje energię cieplną do obiegu zasilającego sieć ciepłowniczą, dalej jako woda znacznie chłodniejsza przepływa do otworu chłonnego, którym powraca do tego samego zbiornika geotermalnego, gdzie ulega powtórnemu ogrzaniu. Tempo ogrzewania nie jest wysokie, ale szacuje się, że spadek temperatury wody na wyjściu z otworu eksploatacyjnego o 10C następuje po kilkudziesięciu latach.

Jeżeli woda w otworze eksploatacyjnym pozostaje pod ciśnieniem artezyjskim, to nie wymaga pompowania. Jeśli w dodatku ciśnienie w otworze chłonnym jest mniejsze, nie trzeba ochłodzonej wody zatłaczać. Wpływa to na koszty eksploatacji energii geotermalnej


W Polsce w tym czasie badania wód geotermalnych prowadzono pod kątem zastosowań do celów leczniczych i rekreacyjnych. Jednym ze skutków było uruchomienie w Zakopanem na zboczach Antałówki basenu kąpielowego, w którym woda ma temperaturę 360C. Według badań przeprowadzonych przez Polską Akademię Nauk (PAN) i zgodnie z zastosowaną do oceny zasobów metodyką stwierdzono, że w Polsce występują korzystne warunki wód geotermalnych na obszarze ponad 250 tys. km2, przy równocześnie dużej liczbie odbiorców ciepła na tym obszarze (ponad 30 mln mieszkańców). W rejonach tych, stanowiących łącznie trzecią część powierzchni kraju, z głębokości 100 - 3000 m można uzyskać wody o temperaturze od 20 do ponad 100C i mineralizacji ogólnej od 1 do ponad 100 g na dm3. Najlepsze złoża wód geotermalnych w Polsce znajdują się na Podbeskidziu, a szczególnie w okolicach Suchej Beskidzkiej i Makowa Podhalańskiego (Małopolska). Na głębokości 2 km woda osiąga tam temperaturę dochodzącą do 80C. Małopolska jest potencjalnie dobrym terenem do inwestycji wykorzystujących źródła geotermalne. Stan dotychczasowych badań uzasadnia ekonomiczne korzyści płynące z inwestycji w systemy geotermalne. Duże zainteresowanie wykazują Gminy, co potwierdzają szkolenia organizowane przez MAEŚ jak również inne firmy. MAEŚ dysponuje również listą potencjalnie zainteresowanych gmin.

Polska posiada największe w Europie, udokumentowane zasoby energii geotermalnej (około 25-100 mld ton paliwa umownego) zgromadzone w skałach osadowych, których miąższość przekracza 10 km. Objętość wód termalnych szacuje się na 6000 km3 – 30.000 km3 . Zasoby geotermalne występują pod powierzchnią 80% obszaru naszego kraju. Temperatury wód, na poziomie do 4000 m, są rzędu od 20 do 300C. Oprócz energii zgromadzonej w wodzie, energia geotermalna występuje w wysadach solnych i gorących suchych skałach. Polska znajduje się w wyjątkowo korzystnych warunkach geologicznych, termicznych i geograficznych do wykorzystania energii geotermalnej dla potrzeb społecznych. Wyjątkowa sytuacja Polski charakteryzuje się tym, że niżowe tereny kraju stanowią część najbogatszej w Europie prowincji gazowo-ropno-geotermalnej. Gdybyśmy tylko wykorzystali część zasobów geotermalnych znajdujących się pod obszarem naszego kraju, moglibyśmy pokryć wszystkie potrzeby energetyczne tj. elektryczne i ciepłownicze Polski, a ponadto moglibyśmy znaczną część energii eksportować. Energia zawarta w polskich złożach wód geotermalnych jest dwukrotnie większa od energii gazu i ropy w Morzu Północnym. Jesteśmy potęgą energetyczną i możemy być Kuwejtem Europy Centralnej. Obrazując, można powiedzieć, że zasoby naszych ciepłych wód równają się dwóm pojemnością Bałtyku. Potencjał techniczny zasobów geotermalnych jest rzędu 625.000 PJ/rok. Roczne, całkowite zużycie energii pierwotnej w naszym kraju wynosi 4000 PJ/rok. Potencjał energetyczny naszych ciepłych wód przekracza ponad 150 razy potrzeby energetyczne Polski. Geotermia może pokryć pełne zapotrzebowanie naszego kraju na gorącą wodę. Dzięki temu moglibyśmy zredukować import gazu o połowę. Dotychczasowe tendencje polskiej energetyki nie gwarantują konkurencyjności naszej gospodarki w odniesieniu do krajów unijnych. Zaprezentowana w 2002 roku nowa strategia rozwoju energetyki nie zapewnia radykalnych zmian. Aby dogonić Unię Europejską, musimy produkować energię taniej niż pozyskując ją z surowców importowanych. Optymalnym wariantem dla Polski może być model zrównoważonej gospodarki paliwowo-energetycznej o strukturze: węgiel-gaz-geotermia. Opracowanie opłacalnej i efektywnej metodyki wykorzystania zasobów geotermalnych do produkcji czystej i taniej energii elektrycznej, cieplnej i mechanicznej dałoby możliwość stworzenia gospodarki konkurencyjnej w stosunku do obecnych światowych systemów. Na terenie Polski wykonano ponad 30 tysięcy odwiertów, w tym 7 tysięcy - głębokich - w celu poszukiwania ropy i gazu. Tylko jedna czwarta z nich odkryła te złoża. Pozostałe mogłyby być skutecznie wykorzystywane do pozyskiwanie wód termalnych.

W Polsce pierwszy badawczy zakład geotermalny uruchomiono 20 lat temu. Od tej pory powstały zaledwie cztery zakłady ciepłownicze oparte na źródłach ciepłych wód – Geotermia Podhalańska, w Pyrzycach, Uniejowie i Mszczonowie. Łącznie produkowanych jest tam zaledwie 100 MW energii cieplnej. Dla porównania, obecnie na świecie jest zamontowanych 15000 MW mocy takich instalacji.

Nasz zakłady geotermalne:
- Pierwszy i największy z nich - w Bańskiej Niżnej na Podhalu produkuje powyżej 250.000 GJ energii cieplnej rocznie, już w tym roku produkcja ma wzrosnąć do poziomu 340.000 GJ. Geotermia Podhalańska działa już dziesięć lat i posiada ponad 400 odbiorców indywidualnych i 116 wielkoskalowych. Inwestycja pochłonęła prawie 50 mln euro, z czego 30 milionów to koszt budowy magistrali i sieci ciepłowniczej.




Schematyczny przekrój geologiczny przez złoże wód geotermalnych na Podhalu.


- Drugi - Zakład Geotermia Mazowiecka działa od maja 2000 roku. W Mszczonowie produkuje się rocznie około 45 tysięcy GJ energii. Nominalna moc zainstalowana w tym zakładzie to 7,6 MW, a docelowa – 12,5 MW. Korzysta się tam ze starego odwiertu z 1976 roku, który powstał w ramach poszukiwania ropy i gazu. Ponadto woda, którą wykorzystuje się charakteryzuje się niskim stopniem zmineralizowania. Stosuje się ją do celów pitnych. Cena 1 GJ oferowanego w Mszczonowie wynosi obecnie 28,48 złote netto.
- Trzeci – Uniejów. Historia wód termalnych w liczącym 3200 mieszkańców Uniejowie zaczęła się w 1978 roku. Wtedy to przy okazji poszukiwania ropy i gazu natrafiono na złoża geotermalne. Specjalne odwierty wykonano w 1990 i 1991 roku. Spółka Geotermia Uniejów została utworzona w 1999 roku. Budowę systemu grzewczego ukończono dwa lata temu. W ramach programu „Uciepłownienie miasta Uniejowa” wybudowano ciepłownię oraz sieć cieplną o długości 10 kilometrów. Moc uzyskiwana z systemu odbioru ciepła z wód geotermalnych wynosi 3,2 MW. W związku z tym, że zapotrzebowanie na ciepło jest większe, zainstalowano dwa kotły olejowe. Uzyskana w ten sposób moc 5,6 MW pozwala na wyprodukowanie ciepła w ilości 42.000 GJ rocznie. W ten sposób ciepło dociera do 23 bloków mieszkalnych i budynków użyteczności publicznej oraz do 160 domków jednorodzinnych. W przyszłości spółka zamierza wykorzystywać wody termalne do celów rekreacyjnych i balneologicznych.
- Czwarty – Pyrzyce. W lipcu 1992 na terenie gminy Pyrzyce (koło Szczecina) wykonano próbny odwiert badawczy, a kilka miesięcy później dokonano trzech kolejnych odwiertów. Od 1993 roku trwa realizacja instalacji geotermalnej. W wyniku podjętych prac powstała sieć ciepłownicza i ciepłownia geotermalno-gazowa o mocy szczytowej 48 MW. Koszt inwestycji, zakończonej w 1997 roku, wyniósł 60 mln złotych. Cena 1 GJ produkowanego w Pyrzycach wynosi 59,04 złotych brutto. Jak podkreślają przedstawiciele spółki, zakłady geotermalne charakteryzują się wysokimi kosztami amortyzacyjnymi, ale bardzo niskim udziałem paliw.

Ciepłownia geotermalno-gazowa wybudowana w Pyrzycach ma zaopatrywać blisko 100% budynków w tym 14-tys. mieście. Nowopowstały system zastąpi 68 istniejących dotychczas kotłowni lokalnych zasilanych węglem. Na zlecenie Urzędu Miejskiego w Pyrzycach duńska firma konsultingowa opracowała analizę opłacalności inwestycji. Pierwszy otwór został wykonany w okresie od lipca do września 1992 r., a następnie przetestowany z bardzo dobrymi wynikami. Maksymalne natężenie przepływu 180 m3/h, temperaturę wody na powierzchni 61C i wysokie zasolenie 120 g/I. Kolejne trzy otwory zostały wykonane do września 1993 roku. Ciepłownia została uruchomiona 1 lutego 1996 r. Energia cieplna produkowane przez ciepłownię pochodzi w 65% z podziemnych wód termalnych, resztę zapotrzebowania pokrywa szczytowe źródło ciepła, jakim jest kocioł gazowy. Instalacja ciepłowni składa się z dwóch głównych części:
- blok geotermalny składający się z dwóch dubletowych systemów otworów (otwór produkcyjny i otwór reiniekcyjny) o głębokości 1640 m, pomp głębinowych o zmiennym przepływie, wymienników ciepła, filtrów i systemu tłoczenia pomiędzy otworami wykonanymi ze stalowych rur preizolowanych;
- blok gazowy składający się z dwóch kotłów wysokotemperaturowych z kondensacyjnymi ochładzaczami spalin, dwóch kotłów niskotemperaturowych z kondensacyjnymi ochładzaczami spalin, wymiennika płaszczowo-rurowego i absorpcyjnych pomp cieplnych.

System dystrybucji ciepła złożony jest z 16 km rurociągów, wykonanych z stalowych rur preizolowanych wyposażonych w zawory, wymienniki ciepła i indywidualne urządzenia pomiarowe. Całością zarządza komputerowy system sterowania. Pobierana z głębi ziemi gorąca woda (61C) jest pompowana na powierzchnię przez pompy głębinowe, gdzie poprzez wymienniki ciepła ogrzewa wodę sieciową, po czym będąc ochłodzona do ok. 26C jest tłoczona do otworu reiniekcyjnego. W okresach obciążenia szczytowego uruchamiany jest blok gazowy ciepłowni. Maksymalna moc bloku geotermalnego wynosi 14,8 MW, a maksymalna moc całej ciepłowni 55 MW. Teraźniejsze zapotrzebowanie miasta na energię cieplną wynosi minimalnie ok. 5 MW latem i maksymalnie ok. 50 MW w okresie zimowym.

Energia geotermalna jest częścią energii geotermicznej, zawartą w wodach, parach wodnych oraz otaczających skałach. Temperatura Ziemi w jej jądrze wynosi około 40000C, na powierzchni waha się od kilkunastu stopni poniżej do kilkunastu stopni powyżej zera. Najbardziej zewnętrzna warstwa Ziemi podlega wpływom promieniowania słonecznego, ale na głębokości kilkunastu metrów temperatura wykazuje już tylko wahania w cyklach wieloletnich i praktycznie jest stała.

Wraz ze wzrostem głębokości wzrasta temperatura otoczenia. Można wyrazić to stopniem geotermicznym, tzn. liczbą metrów przypadających na wzrost temperatury o 10C, albo gradientem geotermicznym określającym wzrost temperatury przypadający na 1 metr głębokości. Średni gradient wynosi 330C na 1 kilometr, co jest równoważne stopniowi geotermicznemu wynoszącemu 33m. W rzeczywistości stopień geotermiczny w różnych miejscach skorupy ziemskiej jest różny i zależy od budowy geologicznej głębokiego jej podłoża. Na Kujawach wynosi on 33.0 m/10C, w Kropnie (Karpaty) 41.7 m/10C, ale w Piszu (Mazury) aż 96.0 m/10C, zaś na przykład w Budapeszcie (Nizina Węgierska) 15.0 m/10C, a w Krzywym Rogu (Ukraina) 112.5 m/10C .

W polskich warunkach geologicznych wypływające na powierzchnię wody geotermalne spotyka się rzadko i mają one nieco ponad 200C, konieczne staje się, więc sięganie po zasoby zalegające na większych głębokościach. Wody geotermalne występują w przestrzeni porowej lub szczelinowej skał. Zwykle skały te, to piaskowce, mułowce, wapienie i dolomity. Kompleksy takich skał zwane są zbiornikami geotermalnymi.

Złożem energii geotermalnej nazywa się naturalne nagromadzenie ciepła (w skałach, wodach podziemnych, w postaci pary) na głębokościach umożliwiających opłacalną ekonomicznie eksploatację energii cieplnej. Wynika stąd, że nie każdy zbiornik geotermalny jest złożem geotermalnym.

W zależności od temperatury złoża wód geotermalnych dzieli się na:
- zimne do 200C;
- ciepłe lub niskotemperaturowe 200C - 350C;
- gorące lub średniotemperaturowe 350C - 800C;
- bardzo gorące lub wysokotemperaturowe - 800C - 1000C;
- przegrzane lub bardzo wysokotemperaturowe - 1000C - 1300C.

W zależności od ciśnienia, kształtu zbiornika i rzeźby powierzchni terenu złoża dzieli się na:
- złoża artezyjskie, z których woda przez otwór wiertniczy może samoczynnie wypływać;
- złoża subartezyjskie, z których woda podnosi się poprzez otwór wiertniczy w pobliże powierzchni terenu, ale nie wypływa;
- złoża grawitacyjne, w których woda pozostaje na dużych głębokościach, bliskich głębokości występowania i wymaga pompowania.

Warunkiem przydatności wód geotermalnych prócz odpowiedniej temperatury jest ich mineralizacja. Może ona wpływać na szybkość korozji instalacji, pokrywanie się rur eksploatacyjnych warstwą wytrąconych minerałów, które zmniejszają ich drożność itp. Wody geotermalne dzieli się na:
- wody niezmineralizowane, w zawartości do 1g substancji mineralnej na litr, które można wykorzystać wprost jako ciepłe wody użytkowe,
- wody zmineralizowane, które w zależności od składu i stopnia mineralizacji mogą być wykorzystane wprost do celów balneologicznych i rekreacyjnych. Przy wysokiej mineralizacji z wód wykorzystuje się jedynie ciepło odbierane za pośrednictwem wymienników, same wody zatłaczając do zbiornika naturalnego, z którego pochodzą.

Tak, więc ilość energii cieplnej możliwej do uzyskania ze złoża geotermalnego zależna jest od temperatury wody w złożu i od przepuszczalności skał zbiornikowych. Wydajność otworu wiertniczego można podwyższać odpowiednimi zabiegami technicznymi. Wykorzystanie wody na cele inne, niż energetyczne uzależnione jest z kolei od jej składu mineralnego. Ciśnienie, pod jakim woda występuje w złożu może mieć duży wpływ na koszty jej eksploatacji, najkorzystniejsze są złoża artezyjskie.

Zasoby wód, geotermalnych w Polsce są ogromne, energia zawarta w wodach basenów geotermalnych na obszarze Polski odpowiada w przybliżeniu 33 miliardom ton ropy naftowej. Ujęcie jej jest możliwe i może być opłacalne na 80-90% powierzchni kraju.
Rozkład zbiorników, geotermalnych i potencjalnych złóż energii geotermalnej oraz ich zasoby zostały przez geologów rozpoznane w stopniu pozwalającym wytyczać kierunki i wyznaczać najlepsze miejsca rozwoju energetyki opartej o to odnawialne źródło energii. Wyniki badań zestawione są w postaci różnych zagadnieniowych map geologicznych.

Pompy ciepła
Pierwsze prace teoretyczne na temat możliwości wykorzystania pomp ciepła prowadził w połowie XIX wieku W. Thomson (Lord Kelvin). W 1928 roku zbudowano pierwszą instalację do ogrzewania domu opartą na amoniakalnym urządzeniu sprężarkowym.

W latach trzydziestych zaczęły powstawać pompy ciepła w pełni sprawne technicznie i eksploatowane w sposób ciągły, najpierw w Stanach Zjednoczonych, potem w Europie. Przykładowo pompa zainstalowana w 1938 roku w Zurychu miała moc 175 kW i ogrzewała ratusz. Kilka lat później w tym samym mieście pompa o mocy 7 MW ogrzewała gmachy politechniki. W połowie lat osiemdziesiątych w USA aż 30% nowo budowanych domów wyposażono w pompy ciepła. Urządzenia te stały się popularne w Japonii, Francji, Szwecji, Niemczech. Spadek cen ropy naftowej spowolnił gwałtowny rozwój pomp ciepła, ale jednocześnie wpłynął na doskonalenie ich wielkości, konstrukcji i sprawności. W Lund (Szwecja) uruchomiona w 1983 roku pompa o mocy 13 MW dostarcza ciepło do miejskiej sieci ciepłowniczej, pozwalając zaoszczędzić rocznie około 8 800 m3 oleju opałowego. Uruchomiona w tym samym roku w Malm pompa o mocy 40 MW wykorzystuje ciepło w zakładzie oczyszczania ścieków, dostarczając rocznie ponad 310 tys MWh energii cieplnej do sieci miejskiej. 100 tysięcy mieszkań w Sztokholmie ogrzewa pompa ciepła o mocy 100 MW, czerpiąca energię z wód Bałtyku. Znów oznacza to oszczędność 50-60 tys. m3 ropy rocznie i zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska

Pompy ciepła to systemy, które pozwalają przekazywać ciepło od ciała mniej nagrzanego do ciała bardziej nagrzanego. Skutkiem tego chłodne źródło ciepła jeszcze bardziej się oziębia.

Źródłem energii cieplnej dla pompy ciepła może być zarówno ośrodek naturalny: grunt, woda, powietrze, jak i ośrodek sztuczny: ciepłe wody technologiczne w przemyśle, ścieki komunalne, powietrze wentylacyjne z kopalni itp. Jak z tego wynika, środowisko naturalne nie musi posiadać jakichś szczególnych cech, by móc wykorzystywać zawarte w nim ciepło. Oczywiście w razie projektowania pompy ciepła należy wybrać takie źródło, które zagwarantuje możliwie największy strumień ciepła do wykorzystania. Wiąże się to między innymi z przewodnictwem cieplnym ciał, pojemnością cieplną i stanem skupienia, np. woda omywająca rury o określonej powierzchni może oddać im znacznie więcej energii, niż grunt, w którym znajduje się taka sama instalacja odbierająca ciepło.

Naturalnym źródłem energii wykorzystywanym przez pompę ciepła może być:
- powietrze atmosferyczne ;
- woda ;
- rzek i jezior ;
- gruntowa i głębinowa ;
- geotermalna ;
- wodociągowa ;
- morska ;
- grunt ;
- energia słoneczna.

Pompa ciepła jest jedynym urządzeniem umożliwiającym wykorzystanie energii cieplnej ze źródeł o niskich temperaturach. Jej rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła o niższej temperaturze (tzw. źródła dolnego) i przekazywaniu go do źródła o temperaturze wyższej (tzw. źródła górnego). Proces ten wymaga doprowadzenia energii z zewnątrz.
Pompa ciepła działa na takiej samej zasadzie, jak urządzenia chłodnicze, choćby domowa chłodziarka. Różnica sprowadza się do tego, że w chłodziarce celem jest obniżenie temperatury w źródle dolnym i mniej istotne jest, co z odebranym ciepłem się stanie, a w pompie ciepła celem jest uzyskanie ciepła w źródle górnym, a mniej istotna jest temperatura końcowa źródła dolnego.


Schemat działania sprężarkowej (kompresorowej) pompy ciepła wykorzystującej ciepło zawarte w ściekach.

Pompy ciepła wykorzystują zjawiska fizyczne związane z procesami cieplnymi towarzyszącymi przemianom fazowym określonych substancji. Wiadomo, że ciecz pobiera ciepło w czasie parowania, a para oddaje podczas skraplania. Stosując odpowiednie ciecze jako czynnik roboczy krążący w zamkniętym obiegu można w pierwszej części obiegu odebrać energię cieplną z dolnego źródła (parowanie cieczy w parowniku), następnie przemieścić parę do drugiej części obiegu i oddać ciepło do górnego źródła (skraplanie cieczy w skraplaczu). Czynnik roboczy wraca do pierwszej części i proces zostaje powtórzony.

Istnieją dwa podstawowe typy pomp ciepła: sprężarkowe i sorpcyjne. W obu wykorzystuje się czynnik roboczy ulegający na przemian odparowaniu i kondensacji. Różnica polega na sposobie doprowadzenia dodatkowej energii, która jest niezbędna do przebiegu procesu. Podobnie, jak w zwykłych chłodziarkach, energia elektryczna uruchamia sprężarkę, która przetłacza czynnik roboczy przez układ zawierający parownik i skraplacz. Pompy sorpcyjne otrzymują dodatkową energię w postaci ciepła zamienianego na pracę w tzw. sprężarce termicznej.

Pompy ciepła różnią się konstrukcją, sposobem pracy, rodzajem źródła dolnego i górnego(np. ciepło można oddawać do wody grzewczej lub do powietrza grzewczego). Jednak najważniejsza z punktu widzenia użytkownika jest wielkość współczynnika wydajności. Współczynnik wydajności cieplnej określa się jako stosunek energii cieplnej oddanej do środowiska ogrzewanego do energii napędowej urządzenia. Dla pomp sprężarkowych służących do ogrzewania budynków i wytwarzania ciepłej wody użytkowej wynosi on 3.0, W przypadku pomp ogrzewających powietrze do średnich temperatur (np. dla celów suszarniczych wystarczy 30-400C) potrafi osiągać wartość 5.0. Pompy sorpcyjne, których zaletą jest cicha praca i dłuższy czas użytkowania ze względu na brak zużywających się elementów mechanicznych, mają współczynnik wydajności w granicach 1.5 - 3.0. Współczynnik wydajności cieplnej nie jest wartością stałą, zmienia się w zależności od warunków dostarczania i odbioru energii.

Poważną wadą większości naturalnych źródeł energii jest ich niekoherentność, czyli spójność wydolności źródła z zapotrzebowaniem na energię. Jeśli dolnym źródłem jest powietrze lub woda w rzece, to jego temperatura jest bardzo niska w okresach zapotrzebowania na ciepło. Bardziej koherentne jest ciepło gruntowe i ciepło geotermalne.

Rozwój energetyki cieplnej opartej o ciepło uzyskiwane przy pomocy pomp ciepła zależy głównie od czynników :
- technicznych ;
- ekonomicznych.

Szczególnie sprzyjające warunki wykorzystania pomp ciepła mają miejsce, gdy:
- istnieje źródło ciepła o temperaturze niskiej, ale wyższej od temperatury otoczenia;
- poprzez zastosowanie pompy ciepła możliwe jest zawrócenie strumienia energii przepływającej przez jakieś urządzenie (jak np. w klimatyzatorach);
- istnieje zapotrzebowanie zarówno na ciepło, jak i na zimno;
- energia cieplna przekazywana jest na znaczne odległości i zastosowanie pompy ciepła w miejscu poboru energii zmniejsza straty inwestycyjne.

Ograniczeniem rozwoju ciepłownictwa wykorzystującego energię niskotemperaturową jest wysoka cena urządzeń, które amortyzują się po upływie stosunkowo długiego czasu. Dlatego właściwsze wydaje się instalowanie pomp o dużej mocy, pracującej w oparciu o wydajne źródło dolne. Najlepszym źródłem naturalnym jest ciepło geotermalne z chłodnych złóż, a źródłem sztucznym - odpadowe ciepło przemysłowe w postaci np. wody chłodzącej. Duży wpływ na trwałość pompy ciepła ma korozyjność źródła dolnego. W ośrodku niskokorozyjnym pompa może pracować kilkadziesiąt lat.

Duża pompa ciepła może służyć do ogrzewania mieszkań, obiektów użyteczności publicznej, obiektów sportowych, wody w basenach. Ciepło może być wykorzystane w suszarnictwie drewna i płodów rolnych, do ogrzewania obiektów przemysłowych, podtrzymywania procesów technologicznych itp. Pompa ciepła może być wykorzystywana jako urządzenie klimatyzacyjne i chłodzić otoczenie w okresie upałów.

Zastosowaniem pomp ciepła zajmuje się w kraju wiele placówek naukowo-badawczych i wdrożeniowych związanych z przemysłem, także wyższe uczelnie techniczne na wydziałach energetyki, ciepłownictwa i klimatyzacji itp. Istnieje także kilka przedsiębiorstw produkujących pompy ciepła.

Podsumowując, można śmiało wyciągnąć wnioski, iż czerpanie energii z ciepła geotermalnego daje bardzo duże korzyści. Oczywiście tylko wtedy, gdy wiemy jak z niego korzystać.




Bibliografia:
-internet:
*www.republika.pl;
*www.mos.gov.pl;
*www.gigawat.net.pl;
*www.kape.gov.pl.

Podoba się? Tak Nie

Czas czytania: 22 minuty

Ciekawostki ze świata