ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Obnovitelné zdroje energie. doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Transkript

1 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

2 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 Teplota 38 stupňů Celsia, vydatnost pramene 800 l/s. 3 Geotermální energie Zdrojtepla: vznikplanety+rozpadradioaktivníchlátek Využití: zásobováníteplem výrobaelektřiny(ohřev >150 C) zásobníkytepla,chladu 4 2

3 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

4 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 7 Přímé využití geotermální energie 1. Vrt 2. Hlava vrtu 3. Přívodní potrubí geotermální energie 4. Průtočný bazén 5. Vypuštění bazénu 6. Přepad 8 4

5 Nepřímé využití geotermální energie 1. Vrt 2. Hlava vrtu 3. Výměník tepla 4. 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

6 Přímé využití horké páry 1. Geotermální vrt 2. Hlavní uzávěr vrtu 3. Parní turbína 4. Generátor 11 Přímé využití horké páry s kondenzátorem 1. Geotermální vrt 2. Hlavní uzávěr vrtu 3. Parní turbína 4. Generátor 5. Kondenzátor 6. a 8. čerpadla chladícího okruhu 7. Chladící věž 9. Reinjektážní čerpadlo 12 6

7 Geotermální elektrárna Principem je využití energie páry pro výrobu elektrické energie v generátoru 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 zpodzemního jezera, které se nachází pod Děčínem. Geotermální voda vyvěrá přirozeným tlakem zvrtu ohloubce 545 m a vtechnologii 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 apředávacích stanic upřipojených odběratelů tepla -tepelná čerpadla 2x 3,28 MW t -kogenerační plynový motor 0,8 MW e /1,01 MW t -kogenerační plynový motor 1,94 MW e /2,09 MW t -plynové kotle 2x 16,5 MW t 14 7

8 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

9 Kogenerace Kombinovanávýrobaelektrickéenergieatepla(KVET,CHP) Jedná se zpravidla opřeměnu primární energie na energii elektrickoutak,abybylomožnévyužítodpadníteplo. Podmínkou využití kogenerace je celoroční zajištění odběru tepla v blízkosti zdroje (např. příprava TV, technologie, vytápění). Umístěnízdrojů: teplárnyvblízkostiměst elektrárnyvblízkostizdrojepaliva Trigenerace-výrobatepla,chladuael.energie 17 Porovnáníspotřebenergie Kogenerace 18 9

10 Kogenerace Technologiezdrojů 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 19 Kogenerace Parní odběrová turbína Mezi první a druhým stupněm turbíny se část páry využívá pro teplárenskéúčely.neodebranápárakondenzuje. Plynová turbína s rekuperací tepla V podstatě proudový motor s využíváním energie spalin. Lopatkový kompresor stlačuje vzduch, dochází k ohřevu spalinamiakexpanzivprostoruturbíny

11 Kogenerace Spalovacípístovémotory Motor spalující levné palivo spřeměnou mechanické práce na elektrickou energii vgenerátoru asvyužitím 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 2válcových kompaktních motorů až po oddělené 18 válcové umístěné z důvodu hluku v samostatnýchprostorách. 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

12 Kogenerace Mikrokogenerace současná výroba tepla a elektřiny při vysoké účinnosti Mikrokogenerace výroba elektřiny a tepla pro oblast malých výkonů (rodinné domy,..) při nízkých emisích Technologie Stirlingůvmotor Motor s vnitřním spalováním Palivový článek