Stachel Kaczmarek

OCENA MOśLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ENERGII GEOTERMICZNEJ DO
ZASILANIA CIEPŁOWNI I ELEKTROCIEPŁOWNI
Autor: Radomir Kaczmarek, Aleksander A. Stachel
(„Rynek Energii” – nr 6/2009)
Słowa kluczowe: energia geotermiczna, wykorzystanie energii geotermicznej, wymiennik
geotermiczny, podziemny zamknięty geotermiczny wymiennik ciepła, ciepłownie i
elektrociepłownie geotermiczne
Streszczenie. W pracy omówiono koncepcję budowy ciepłowni i elektrociepłowni zasilanych ciepłem
pozyskiwanym z wnętrza ziemi za pomocą wymiennika geotermicznego. KaŜda z rozpatrywanych instalacji
składa się z dwóch współpracujących ze sobą systemów, to jest systemu pozyskiwania energii geotermicznej w
postaci podziemnego zamkniętego geotermicznego wymiennika ciepła (PZGWC) oraz systemu wykorzystania
pozyskanej energii geotermicznej w ciepłowni / elektrociepłowni wykorzystującej niskotemperaturowy obieg
Clausiusa-Rankinea, w którym jako czynnik obiegowy zastosowano organiczne substancje robocze o niskiej
temperaturze wrzenia.
Dla załoŜonych danych dotyczących PZGWC, takich jak: jego wymiary, strumień przepływającej cieczy,
zastępczy współ-czynnik przekazywania ciepła, głębokość połoŜenia poziomej części wymiennika, z którą wiąŜe
się temperatura otaczających skał, wykonano obliczenia pozwalające ustalić temperaturę cieczy na dopływie do
analizowanych instalacji wykorzystywania energii. Następnie, stosując odpowiednie modele ciepłowni i
elektrociepłowni oraz przyjmując niezbędne załoŜenia dotyczące tych układów i warunków ich pracy, wykonano
obliczenia pozwalające ocenić stopień wykorzystywania energii geotermicznej w kaŜdym z nich.
1. OPIS UKŁADÓW
Celem pracy była ocena i porównanie moŜliwości wykorzystania energii geotermicznej w dwu
róŜnych instalacjach, to jest w ciepłowni i elektrociepłowni, zasilanych z podziemnego
zamkniętego geotermicznego wymiennika ciepła (PZGWC). KaŜda z rozpatrywanych
instalacji składała się z dwóch współpracujących ze sobą systemów, to jest systemu
pozyskiwania energii geotermicznej, który stanowił geotermiczny wymiennik ciepła oraz
systemu wykorzystywania energii geotermicznej, który stanowiła ciepłownia lub
elektrociepłownia wraz z systemem odbiorników ciepła.
NaleŜy zaznaczyć, Ŝe idea poziomego geotermicznego wymiennika ciepła jest
perspektywicznym rozwiązaniem technicznym umoŜliwiającym pozyskiwanie energii w
warunkach charakteryzujących się odpowiednią temperaturą szkieletu skalanego i stanowi
alternatywę dla tzw. technologii suchych gorących skał HDR (Hot Dry Rock). Bardziej
szczegółowe informacje na temat technologii PZGWC moŜna znaleźć w pracach [2, 4, 5, 12,
13].
Rozpatrywany geotermiczny wymiennik ciepła składa się z zestawu podziemnych pionowych i
poziomych rurociągów, usytuowanych na znacznej głębokości, przez które przepompowywana
jest ciecz będąca nośnikiem ciepła słuŜącym do pozyskiwania energii geotermicznej
zgromadzonej w górotworze [4].
Pierwszą analizowaną instalacją współpracującą z PZGWC jest ciepłownia, której schemat jest
pokazany na rysunku 1, składająca się z dwóch przeciw-prądowych wymienników ciepła
pracujących na potrzeby centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody uŜytkowej oraz
sieci rurociągów transportujących nośnik ciepła. Uzupełnieniem instalacji jest kocioł
szczytowy dogrzewający wodę krąŜącą w sieci grzewczej c.o. do wymaganych wartości
temperatury.
W ciepłowni (takŜe w członie ciepłowniczym elektro-ciepłowni omówionej poniŜej) strumień
݉ሶs2 dzielony jest na dwie części. Strumień ݉ሶs5 kierowany jest do wymiennika pracującego na
potrzeby centralnego ogrzewania; aby uzyskać odpowiednią temperaturę zasilania
odbiorników c.o. wykorzystuje się obejście E-F. Poza sezonem grzewczym ta część instalacji
jest nieczynna. Z kolei strumień ݉ሶs6 przekazuje w wymienniku c.w.u. energię niezbędną do
przygotowania ciepłej wody uŜytkowej i ewentualnie wody do celów technologicznych.
Odpowiednią temperaturę zasilania uzyskuje się stosując obejście G-J (w sezonie grzewczym)
lub G-H (poza sezonem grzewczym). Niewykorzystana część strumienia cieczy roboczej ݉ሶs7
jest kierowana do otworu zatłaczającego.
Drugą analizowaną instalacją jest elektrociepłownia (EC), której zasadniczy schemat stanowi
układ ciepłowni pokazany na rysunku 1, rozbudowany o blok siłowni ORC (rys. 2).
Odpowiedzialna za produkcję energii elektrycznej siłownia pracuje wg obiegu
Clausiusa-Rankinea, w którym czynnikiem obiegowym jest odpowiednio dobrany czynnik
niskowrzący (najczęściej substancja organiczna).
Energia geotermiczna jest doprowadzana w elektrociepłowni do parowacza i podgrzewacza
siłowni ORC wraz ze strumieniem cieczy roboczej, która podwyŜsza swą temperaturę w
geotermicznym wymienniku ciepła. Strumień cieczy z kanału wydobywczego PZGWC jest
początkowo kierowany do parowacza, gdzie w wyniku przekazania energii do niskowrzącego
czynnika obiegowego jego temperatura obniŜa się o ∆T =10K. Następnie część strumienia
cieczy roboczej ( ݉ሶ s3 ), niezbędna do podgrzania czynnika obiegowego do wymaganej
temperatury, przepływa do podgrzewacza. Schłodzona w podgrzewaczu ciecz robocza jest
kierowana do otworu zatłaczającego. Z pozostałego strumienia cieczy roboczej, strumień ݉ሶs4
kierowany jest do zasilenia obejścia A-B, co ma na celu zwiększenia strumienia cieczy
dopływającego do parowacza i jest jednym ze sposobów poprawy efektywności pracy siłowni
(zagadnienie to omówiono szczegółowo w pracy [3]). Pozostały strumień cieczy ݉ሶ s2
kierowany jest do członu EC odpowiedzialnego za produkcję ciepła.
2. ZAŁOśENIA I DANE WYJŚCIOWE
PoniŜej podano podstawowe dane wyjściowe i wyszczególniono przyjęte załoŜenia niezbędne
do pro-wadzenia obliczeń i analiz, charakterystyczne dla rozpatrywanych wariantów ciepłowni
i elektrociepłowni zasilanych z podziemnego zamkniętego geotermicznego wymiennika ciepła.
2.1. System pozyskiwania energii - wymiennik geotermiczny
Wykorzystując model obliczeniowy podziemnego zamkniętego geotermicznego wymiennika
ciepła podany i obszernie omówiony w [5] oraz przyjmując odpowiednie załoŜenia, takie jak:
średnica zewnętrzna rur stanowiących korpus wymiennika: Dz = 219,1 mm,
grubość ścianki rurociągu: δ = 3,76 mm,
zastępczy współczynnik przekazywania ciepła między płynem a skałą, w której jest
osadzony wymiennik: kz = 25 W/(m2K),
długość części pionowej wymiennika (kanał zatłaczający lub wydobywczy): H = 5000 m,
długość części poziomej wymiennika: L = 15000 m,
temperatura skały na głębokości 5000 m: TSH = 150 °C
temperatura skały przy powierzchni ziemi: TS0 = 10 °C,
określono, Ŝee rozpatrywany wymiennik geotermiczny umoŜliwia
umo liwia przepływ strumienia cieczy
roboczej
=
54
kg/s
i
tym
samym
uzyskanie
na
wypływie z kanału wydobywczego
s
temperatury: Ts =105 °C.
2.2. System wykorzystania energii - ciepłownia
łownia / człon ciepłowniczy elektrociepłowni
Zgodnie z rysunkiem 1 i przyjętymi
przyj
załoŜeniami, ciepłownia
płownia jest zasilana bezpośrednio
bezpo
z
wymiennika, a tym samym strumień
strumie
jest
równy
strumieniowi
cieczy
roboczej
s2
s
przepływającej
cej przez PZGWC, co oznacza, Ŝe temperatura Ts2 jest równa temperaturze na
wypływie z wymiennika Ts.
Z kolei w elektrociepłowni
łowni do celów ciepłowniczych jest wykorzystana energia niesiona ze
strumieniem cieczy ms2 o temperaturze Ts2 = 75 °C (strumień cieczy
czy opuszczający
opuszczaj
człon siłowni
ORC).
W analizie przyjęto następujące
pujące załoŜenia
zało
dotyczące
ce parametrów przygotowania wody na cele
uŜytkowe
ytkowe oraz na cele centralnego ogrzewania [1, 8]:
-
minimalna temperatura zewnętrzna:
zewn
Tzmin = -16
16 ºC (strefa klimatyczna - I),
regulacja: jakościowa
ciowa (stały strumień
strumie
wody sieciowej),
graniczna temperatura zewnętrzna,
zewn
przy której rozpoczyna się ogrzewanie:
Tzg = 12 °C,
czas trwania okresu grzewczego: τ o = 4368 godz. (ilość godzin w roku: τ c = 8760 godz.),
równość pojemności
ci cieplnych wody sieciowej i cieczy roboczej,
róŜnica
nica temperatur cieczy między
mi
wlotem a wylotem
tem z wymienników co. i c.w.u.:
∆T = 2 K,
średnie ciepło właściwe
ciwe cieczy roboczej i wody sieciowej (stałe): cp = 4,18 kJ/kgK,
temperatura wody zimnej przeznaczonej na cele sanitarne: Tcwup = 13 °C,
temperatura wody ciepłej
łej przeznaczonej
prze
na cele sanitarne: Tcwuz = 60 °C,
temperatura wody sieciowej powrotnej z instalacji ogrzewania: Tcop = 40 °C (stała),
maksymalna temperatura wody na zasilaniu ogrzewania (przy Tz = -16ºC):
Tcozgmax = 95 °C,
temperatura wody sieciowej
sieciowe zasilającej
cej zmienna liniowo w funkcji temperatury
zewnętrznej:
-
równanie
ównanie zredukowanej temperatury zewnętrznej
zewn trznej w funkcji czasu zredukowanego [11]:
- maksymalna temperatura wody sieciowej na cele c.o. uzyskiwana w wymienniku Tcozgmax
dobrana w sposób umoŜliwiają
liwiający zaspokojenie średniego
redniego zapotrzebowania na moc cieplną.
ciepln
Przyjęto, Ŝe średni
redni pobór mocy cieplnej na potrzeby
potrz
grzew-czo-wentylacyjne
wentylacyjne w sezonie
grzewczym jest około 2-krotnie
krotnie mniejszy od szczytowego poboru mocy cieplnej:
strumień wody na cele c.w.u.
mocy):
cwu
(moc cieplna równa około 15 % szczytowego poboru
2.3. System wykorzystania energii - człon siłowni ORC elektrociepłowni
owni
Przyjęto, Ŝee medium obiegowym w członie
cz
elektrociepłowni wytwarzającym
cym prąd
pr elektryczny
jest czynnik niskowrzący.
cy. Jako kryterium doboru czynnika załoŜono
za ono maksymalną
maksymaln moc obiegu
C-R przypadającą na 1 kg/s cieczy
cie
roboczej przepływającej
cej przez PZGWC (rys. 1 i 2).
Metodykę obliczeń siłowni przedstawiono
przedsta
szczegółowo
owo w pracy [3]. Pod uwagę
uwag wzięto
czynniki niskowrzące, których
rych temperatura punktu krytycznego mieściła
mie
sięę w przedziale od 95
do 125 °C. Niezbędne
dne do obliczeń
oblicze dane uzyskano za pomocą specjalizowanego programu
Refprop [9].
Wyniki obliczeń siłowni
owni podano graficznie na rysunku
ry
3, z którego
rego wynika, Ŝe największą moc
moŜna uzyskać stosującc jako czynnik obiegowy substancję R227ea, przy temperaturze
parowania 70 °C.
W obliczeniach załoŜono, Ŝe róŜ
óŜnica temperatur w parowaczu między
dzy czynnikiem grzejącym
grzej
a
grzanym wynosi (od strony czynnika grzejącego):
grzej
na dopływie
ywie 15K a na wypływie
wyp
5K;
natomiast w podgrzewaczu: na dopływie
dop
5K, a na wypływie 2K.
3. METODYKA OBLICZEŃ
Podana poniŜej
ej metodyka obliczeń
oblicze dotyczy zarówno ciepłowni jak i członu
onu ciepłowniczego
ciep
EC
odpowiedzialnego
dzialnego za produkcję
produkcj ciepła uŜytecznego. Bazując na załooŜeniach i danych
wyjściowych podanych w punktach 2.1, 2.2 i 2.3 moŜna
mo
wyznaczyć:
- maksymalną temperaturęę wody sieciowej
s
na potrzeby co. (Tcozgmax) uzyskiwaną w
wymienniku (zgodnie z załoŜeniem
Ŝeniem maksymalny strumień
strumie energii uzyskiwanej w wymienniku
jest równy połowie szczytowego zapotrzebowania na energię):
ener
- współczynniki a oraz b określające
okreś
zaleŜność między temperaturą wody sieciowej zasilającej
zasilaj
system centralnego ogrzewania, a temperaturą
temperatur zewnętrzną:
Tcoz=a + b * Tz
Dodatkowe równania umoŜliwiaj
Ŝliwiające wyznaczenie wartości tych
ych współczynników przyjęto
przyj
na
podstawie prac [3, 6]:
Po rozwiązaniu układu równańń otrzymano:
Wyznaczenie wartości współczynnik
czynników umoŜliwia sporządzenie
dzenie wykresu zmian temperatury
tempe
wody sieciowej zasilającej
cej odbiorniki centralnego ogrzewania w funkcji temperatury
zewnętrznej,
trznej, co pokazano graficznie
gr
na rysunku 4. Dodatkowo na rysunku zaznaczono
zazna
wszystkie zmiany temperatury czynników
czynników w okresie grzewczym (oznaczenia zgodne z rys. 1).
Symbol Ts9 oznaczający
cy temperaturę
temperatur cieczy zatłaczanej
nej do wymiennika (PZGWC) dotyczy
*
elektrociepłowni, natomiast
atomiast symbol Ts9 dotyczy ciepłowni. Zgodnie
odnie z przyjętymi
przyj
załoŜeniami
w obu rozpatrywanych
nych przypadkach pozostałe
pozosta wartości temperatur są takie same.
Analizującc wykres podany na rysunku 4 naleŜy
nale podkreślić, Ŝee kolorem jasnym oznaczono
rozkłady temperatury związane
zane z nośnikiem
no
doprowadzającym ciepłoo do wymienników
wymiennik
instalacji centralnego ogrzewania
wania (c.o.) i ciepłej
ciep wody uŜytkowej
ytkowej (c.w.u.), natomiast
nat
kolorem
ciemnym - temperatury czynników
czynnik podgrzewanych w wymiennikach
ennikach c.o. i c.w.u.
Z wykresu wynika, Ŝee w zakresie temperatur zewnętrznych
z
od -16
16 do +1,67 °C niezbędne jest
dodatkowe
datkowe podgrzewanie wody sieciowej w kotle szczytowym. W zakresie tym temperatura
cieczy roboczej zatłaczanej
nej do wymiennika
wy
jest stała. W zakresie
sie temperatur zewnętrznych
zewn
od
+1,67 do +12 °C występuje
puje niewykorzystana nadwyŜka
nadwy
energii, która obejściem
obej
C-K jest
odprowadzana do wymiennika. NadwyŜka
Nad
ta powoduje
duje wzrost temperatury cieczy zatłaczanej
do wymiennika.. Dla temperatur zewnętrznych
zewn
wyŜszych niŜ +12 °C, następuje
na
wyłączenie
układu
adu ogrzewania, a pozyskiwana w PZGWC energia
energia geotermiczna jest wykorzystywana
jedynie do przygotowania ciepłej
cie
wody uŜytkowej i na cele technologicz
nologiczne. W przypadku
elektrociepłowni zasadnicza
cza części
cz ci tej energii jest wykorzystywana do zasilania
zasila
siłowni ORC
w celu produkcji energii elektrycznej.
elektrycz
Wykorzystując równania
wnania bilansu masy i energii dla kolejnych wymienników
wymiennik
oraz węzłów w
poszczególnych układach instalacji,
stalacji, wyznaczono parametry pracy w kolejnych punktach
charakterystycznych ciepłowni
owni oraz elektrociepłowni.
elektrociep
Wyniki tych oblicze
czeń zestawiono w
tabeli 1 i 2.
PoniŜej podano zarys obliczeńń ilości energii moŜliwej
liwej do pozyskania wraz z przykładowymi
przyk
wynikami od-niesionymi
niesionymi do elektrociepłowni.
elektrociep
W przypadku ciepłowni
owni tok obliczeniowy jest
analogiczny, z uwzględnieniem
nieniem niezbędnych
niezb
róŜnic istniejących pomiędzy
dzy tymi instalacjami.
3.1. Ilość energii elektrycznej wytworzonej w elektrociepłowni
elektrociep
w ciągu
gu roku
Ilość energii elektrycznej wytworzonej w członie
cz
siłowni
owni ORC elektrociepłowni
elektrociep
określono z
zaleŜności:
3.2. Ilość ciepłaa wytworzonego w członie
cz
ciepłowniczym elektrociepłowni
owni
Ilość ciepłaa dostarczonego na potrzeby ogrzewania w całym
ym okresie grzewczym obliczono ze
wzoru:
Wykorzystując zaleŜności
ci (1), (2) oraz
= τ / τo , otrzymano ostatecznąą zaleŜność:
zale
Ilość energii doprowadzonej w wymienniku co. w zakresie temperatur -16
16 °C < Tz < 1,67 °C
wyznaczono przy załoŜeniu,
eniu, Ŝe dla Tz=1,67 °C -> t = 1329,75 godz. oraz t = 0,3044
Ilość energiii doprowadzonej w wymienniku co. w zakresie temperatur 1,67°C < Tz < 12 °C
obliczono wykorzystującc zaleŜności
zaleŜ
(1) i (2) oraz wzór:
Tym samym całkowita ilość ciepła
ciep doprowadzonego w wymienniku c.o. wynosi:
Ciepłoo doprowadzone w kotle:
Ilość ciepłaa dostarczonego w okresie całego
ca ego roku na potrzeby przygotowania ciepłej
ciep wody
uŜytkowej określono z zaleŜno
ności:
Całkowita ilość ciepłaa dostarczonego do odbiorców
odbiorc
stanowiąca sumę energii doprowadzonej
na potrzeby ogrzewania i przygotowania ciepłej
ciep wody, wynosi:
Wyniki przykładowych
adowych obliczeń
oblicze cieplno-energetycznych
nych analizowanej elektrociepłowni
elektrociep
zestawiono w tabeli 3 oraz przedstawiono graficznie na rysunku 5.
Zarówno w elektrociepłowni
owni jak i w ciepłowni
ciep
strumień energii zasilającej
zasilaj
zaleŜy od
temperatury zewnętrznej.
trznej. Zgodnie z wykresem podanym na rysunku
rysunku 3 w zakresie
zakre temperatur
zewnętrznych -16 ÷ 1,67 °C temperatura
tempera
zatłaczania jest stała. Ilość pozyskiwanej
pozysk
energii
wynosi wówczas:
W zakresie temperatur zewnętrznych
trznych 1,67 ÷ 12 °C, temperatura zatłaczanej
aczanej cieczy zmienia się,
si
a ilość energii moŜna wyznaczy
znaczyć ze wzoru:
PowyŜej 12 °C
C temperatura zatłaczanej
zat
cieczy jest ponownie stała, a ilość pozyskiwanej energii
w wymienniku
mienniku geotermicznym, potrzebnej do zasilania układu, moŜna
na wyznaczyć
wyznaczy ze wzoru:
Całkowita ilość energii pozyskiwana w wymienniku zasilającym
zasilaj cym elektrociepłownię
elektrociep
w ciągu
całego roku równa jest:
3.3. Ciepłownia
W przypadku ciepłowni
owni tok obliczeniowy jest analogiczny
analo
do zastosowanego
tosowanego dla wariantu
elektrociepłowni.
owni. Wykorzystując
Wykorzystuj odpowiednie zaleŜności podane powyŜŜej określono ilość
energii zuŜytej
ytej na potrzeby grzewcze i przygotowanie ciepłej
ciep wody uŜytkowej,
ytkowej, a takŜe
tak ilości
energii geotermicznej oraz energii doprowadzonej w kotle szczytowym.
Wyniki przykładowych
adowych obliczeń
oblicze cieplno-energetycznych ciepłowni
owni zestawiono w tabeli 4 oraz
przedstawiono
wiono graficznie na rysunku 6.
4. WNIOSKI
Na podstawie analizy uzyskanych wyników
wynik
obliczeń moŜna stwierdzić, Ŝee najwyŜszy
najwy
stopień
wykorzystania
stania energii geotermicznej występuje
wyst
w przypadku uŜycia
ycia jej do zasilania
elektrociepłowni. Wynika to głównie
g
z faktu, Ŝee zapotrzebowanie na wytwarzaną
wytwarzan w EC energię
elektryczną występuje
puje przez cały
ca rok i jest realizowane na stałym
ym i niezmiennym poziomie.
Dodatkowo energia
ia geotermiczna jest wykorzystywana
wykorzysty
do celów ciepłowniczych,
owniczych, to jest do
zasilania instalacji centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej
ej wody uŜytkowej.
u
Najmniejszy stopień wykorzystania energii geotermicznej w skali roku stwierdzono w
przypadku zasilanej z PZGWC ciepłowni (w warunkach porówny-walnych do EC), co wynika
z kształtowania się zapotrzebowania na ciepło do celów c.o. i c.w.u. Maksymalne
zapotrzebowanie, a tym samym największe wykorzystanie energii geotermicznej, występuje w
okresie sezonu grzewczego, i to w sposób zaleŜny od parametrów zewnętrznych (temperatura
otoczenia). Natomiast w sezonie letnim ciepłownia wykorzystuje energię geotermiczną tylko to
procesu przygotowania ciepłej wody uŜytkowej. W wyniku tego znaczna część pozyskanego
strumienia energii zatłaczana jest z powrotem do wymiennika.
Reasumując, omawiana w pracy koncepcja budowy i wykorzystania do pozyskiwania energii
poziomego zamkniętego geotermicznego wymiennika ciepła jest rozwiązaniem
perspektywicznym, charakteryzującym się znacznym stopniem skomplikowania technicznego
realizacji oraz wysokimi kosztami. Jednocześnie spotykane jest twierdzenie, Ŝe techniczne
wykonanie PZGWC jest realnie moŜliwe. Prowadzone w tym zakresie prace omówiono między
innymi w publikacjach [12, 13]. Ponadto ocenia się, Ŝe instalacje pozyskiwania energii za
pomocą podziemnego zamkniętego geotermicznego wymiennika ciepła stanowią alternatywę
dla nie mniej skomplikowanych i kosztownych technologii tzw. suchych gorących skał HDR
(Hot Dry Rock), których eksperymentalne instalacje znajdują się obecnie na etapie realizacji.
Praca wykonana w ramach grantu badawczego MNiSzW nr N N513 419334
LITERATURA
[1]
http://www.ure.gov.pl
[2] Kujawa T., Kaczmarek R.: Heat flow characteristics of underground closed geothermal heat
exchange. XIII. Symposium: Nutzung Regenerativer Energiequellen und Wasserstofftechnik,
Stralsund, 2-4.11.2006.
[3] Nowak W., Kaczmarek R.: Analiza cieplno-przepływowa poziomego zamkniętego
geotermicznego wymiennika ciepła. XIII Sympozjum Wymiany Ciepła i Masy PAN.
Darłówek, 3-6.09.2007, t. 2.
[4] Nowak W., Kaczmarek R.: Assessment of the influence of municipal water flowrate in
evaporator on the effectiveness of geothermic power plant. 19th International Conference on
Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems,
Greece 2006.
[5] Nowak W. i inni: Charakterystyki cieplno-przepływowe współpracy odbiorników ciepła z
geotermicznymi wymiennikami ciepła, Sprawozdanie końcowe z realizacji projektu
badawczego, Nr 3T10B 075 27, KTC PS, Szczecin 2008 (materiały niepublikowane).
[6] Nowak W. i inni: Ocena efektywności energetycznej i ekonomicznej systemów
ogrzewczych zasilanych wodą geotermalną o średniej i niskiej entalpii. Sprawozdanie końcowe
z realizacji projektu badawczego, Nr 8 T10B 047 21, KTC PC, Szczecin 2004, (materiały
niepublikowane).
[7] Nowak W., Borsukiewicz-Gozdur A., Stachel A.: Ocena efektywności pracy hybrydowej
elektrowni z ORC zasilanej parą wodną z kotła opalanego biomasą. Rynek Energii 2008, nr 5.
[8]
[9]
PN-82/B-02403, Temperatury obliczeniowe zewnętrzne,
REFPROP - Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties, version 7.0.
[10] Stachel A., Kaczmarek R.: Porównanie i ocena efektywności pracy trzech systemów
wykorzystania energii zasilanych z poziomego wymiennika geotermicznego. II Kongres
Geotermalny, Bukowina Tatrzańska, 22-26.09.2009. Materiały konferencyjne CD.
[11]
Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej, PWN, Warszawa 1993
[12] Wolff H., Schmidt S., Möller F., Legarth B., Oppelt J., Treviranus J.: Geothermische
Stromerzeugung. Projekt BMU – ZIP 0327506, Status-Quo, Juni 2002, Vortrag, Symposium
„Geothermische Stromerzeu-gung“, Landau 20.-21. Juni 2002.
[13] Wolff H., Möller F., Besser T., Schmidt S., Oppelt J., Treviranus J.: Ansätze
fortschrittlichen Bohr- und Komplettierungstechnik für die Errichtung eines Unterträging
Geschlossenen Geothermischen Wärmetau-scher. Projekt BMU – ZIP 0327506. 20 Jahre Tiefe
Geothermie in Deutschland, 7. Geothermische Fachta-gung, 06.-08. November 2002 in Waren
(Müritz).
EVALUATION OF UTILIZATION OF A GEOTHERMIC ENERGY IN HEAT AND
HEAT-POWER PLANT
Key words: geothermic energy, utilization of geothermic energy, geothermic heat exchanger, underground
closed-loop heat exchanger, geothermic heat and heat-power plants
Summary. In the paper a concept of construction of a heat and heat-power plant supplied with
heat from a geothermal heat exchanger has been presented. Considered system consists of two cooperating
systems, i.e. a system of acquisition of geothermal energy in the form of a closed-loop underground heat exchanger
and a system for utilization of geothermal energy such as a heat or heat-power plant operating according to
low-temperature Clausius-Rankine cycle, where a substance with reduced boiling temperature has been used.
Calculations have been accomplished for assumed data about the heat exchanger such as its dimensions, flow rate
of circulating liquid, overall heat transfer coefficient, depth of the location of the horizontal part of the exchanger,
which is related to temperature of surrounding rocks, which subsequently enabled determination of working fluid
temperature leaving the exchanger and supplying the power plant. On that basis, using the appropriate analytical
model and taking up indispensable assumptions about the system and conditions of its operation, determined was
the amount of energy possible to be produced in the analysed plants.
Radomir Kaczmarek, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział InŜynierii
Mechanicznej i Mechatroniki, Katedra Techniki Cieplnej, al. Piastów 19, 70-310 Szczecin,
e-mail: [email protected]
Aleksander A. Stachel, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział InŜynierii
Mechanicznej i Mechatroniki, Katedra Techniki Cieplnej, al. Piastów 19, 70-310 Szczecin,
e-mail:[email protected]