„ENERGIA JEST NASZĄ PRZYSZŁOŚCIĄ” Zrównoważona energia - energia geotermalna i energia słoneczna

Energia geotermalna Energia słońca

CO TO TAKIEGO ENERGIA GEOTERMALNA? to energia pochodząca z wnętrza Ziemi, zwana jest naturalnym ciepłem wnętrza naszej planety, została zgromadzona w gorących skałach, magmie, parze wodnej i wodach, które wypełniają skalne szczeliny, ta energia to pozostałość po procesach formowania się planety, pochodzi z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, prądy konwekcyjne we wnętrzu Ziemi powodują nieustający przepływ tej energii od jądra do skorupy ziemskiej. Zasoby energii geotermalnej w Europie na głębokości 5000 metrów Źródło: http://www.ogrzewnictwo.pl/

SKĄD SIĘ BIERZE… czyli budowa Ziemi

Źródło: http://www.biomasa.org/

Kuźnia Hefajstosa, czyli im dalej w głąb Ziemi…

Im dalej w głąb Ziemi, tym goręcej, począwszy od skorupy ziemskiej, z każdym kilometrem w głąb temperatura wzrasta o ok. 30°C, w głębi Ziemi znajduje się magma, która jest gorącą, stopioną masą krzemianów i glinokrzemianów. Ciepło zawsze wędruje od stref cieplejszych ku chłodniejszym, tak więc płynna magma, lżejsza i gorętsza od otaczających ją skał, wydostaje się niekiedy na powierzchnię ziemi w postaci lawy wulkanicznej, dużo częściej niż lawa, z głębi Ziemi wydobywa się ogrzana przez magmę woda, występująca w formie gorących źródeł i gejzerów.

Geotermia opiera się na gorących skałach lub wodach poniżej 1000m, na mniejszych głębokościach temperatury skał i wód nadają się jedynie do wykorzystania w płytkiej geotermii wspomaganej przez pompy ciepła. Źródłem ciepła wnętrza Ziemi są reakcje rozpadu pierwiastków promieniotwórczych 238U, 235U, 232Th oraz 40K. Rocznie Ziemia traci 1021 J ciepła. Skorupa ziemska zbudowana jest ze skał osadowych i wulkanicznych o różnej przewodności cieplnej. Im skorupa jest bardziej skonsolidowana i starsza, tym stanowi lepszy ekran dla przewodnictwa ciepła.

Geotermia - geografia

Gejzery Gejzery występują zaledwie w kilku rejonach świata, w strefach sejsmicznych. Odkryte zostały w Islandii i to właśnie z języka islandzkiego wywodzi się ich nazwa. Najwyższy, sięgający nawet 90 m gejzer świata - Steamboat Geyser - znajduje się na terenie amerykańskiego Parku Narodowego Yellowstone, będącego największym światowym skupiskiem gejzerów. Jest ich tam blisko 400, czyli połowa wszystkich gejzerów świata.

Gejzery gorące źródła o temperaturze powyżej 150°C, występują tylko w niektórych regionach naszego globu, są to: Azja Środkowa, Afryka Wschodnia i Zachodnia, część Półwyspu Arabskiego, wyspy Środkowego i Zachodniego Pacyfiku (na przykład Hawaje, a w Europie – Alpy. Pierścień Ognia to najbardziej znane ze swych złóż geotermalnych miejsce świata, obejmuje strefy przybrzeżne i zachodnie wysp Oceanu Spokojnego.

Erupcja gejzera w Islandii Erupcja gejzera w Islandii Castle Geyser w Yellowstone Castle Geyser w Yellowstone Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Gejzer

Rodzaje energii geotermalnej Energia geotermalna zgromadzona jest w: gruntach i skałach do głębokości 2500 m, z których ciepło pobiera się za pomocą specjalnych sond, wodach gorących i ciepłych, wydobywanych przy pomocy otworów eksploatacyjnych; wodach gruntowych; parze wodnej, wydobywanej poprzez otwory wiertnicze (eksploatacyjne); wysadach solnych, gorących, suchych skałach; sztucznych geologicznych zbiornikach ciepła tworzonych przy pomocy eksplozji ładunków wybuchowych, gorącej magmie.

Rodzaje źródeł geotermalnych w zależności od temperatury: zimne – do 20 st. C ciepłe, zwane też niskotemperaturowymi – od 20 do 35 st. C gorące, czyli średniotemperaturowe – od 35 do 80 st. C bardzo gorące, inaczej wysokotemperaturowe – od 80 do 100 st. C przegrzane – powyżej 100 st. C

Zastosowanie

Źródła energii geotermalnej ze względu na stan skupienia nośnika ciepła i wysokość temperatury, można podzielić na: grunty i skały do głębokości 2500 m, z których ciepło pobierane jest za pomocą pomp ciepła, wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych, wody gorące wydobywane są za pomocą głębokich odwiertów eksploatacyjnych, para wodna wydobywana za pomocą odwiertów, mająca zastosowanie do produkcji energii elektrycznej, pokłady solne, energia odbierana jest za pomocą solanki lub cieczy obojętnych wobec soli, gorące skały, gdzie woda pod dużym ciśnieniem cyrkuluje przez porowatą strukturę skalną.

Zastosowanie pompy ciepła do ogrzewania budynku w tym systemie odbiór energii realizowany jest przez wymiennik ciepła, który jest umieszczony na niewielkiej głębokości (do 200 m). Wymiennik taki może być umieszczony również poziomo na głębokości 2 m. Czynnikiem obiegowym jest tutaj woda z dodatkiem środka przeciwzamarzającego (25- 30%) lub solanka. Układ taki jest stosowany w gospodarstwach indywidualnych. w przypadku znacznych głębokości (powyżej 2500) temperatura czynnika grzewczego może osiągnąć na tyle wysoką wartość, że ciepło odzyskuje się w tradycyjnych wymiennikach bez wspomagania pompą ciepła. W tym przypadku instalacja jest zdolna do ogrzania kilkudziesięciu, a nawet kilkuset budynków jednorodzinnych. Źródło: www.energia-odnawialna.net

Elektrownia geotermalna do produkcji prądu elektrycznego Woda geotermalna z odwiertu oddaje ciepło czynnikowi termodynamicznemu właściwego obiegu, a następnie jest zatłaczana z powrotem do złoża. Czynnik w postaci pary jest skierowany do turbiny wytwarzającej prąd elektryczny. Skroplony czynnik termodynamiczny w skraplaczu zawracany jest do wymiennika, gdzie ulega ponownemu odparowaniu.

Pompy ciepła Pompy ciepła to urządzenia, które umożliwiają pozyskiwanie i użytkowanie ciepła niskotemperaturowego, pochodzącego z takich źródeł jak: powietrze, woda czy gleba, a także ciepła odpadowego, powstającego w procesach produkcyjnych czy też podczas klimatyzowania pomieszczeń. Pompa ciepła składa się z: parownika, sprężarki, kondensatora, zaworu rozprężającego.

BUDOWA I SPOSÓB DZIAŁANIA POMPY CIEPŁA

Działanie pomp ciepła Ciepło pobierane z dolnego źródła ciepła wędruje do parownika, z którego przekazywane jest do obiegu wewnętrznego pompy. Pierwotnie ciekły czynnik roboczy, w układzie wewnętrznym pod wpływem energii wrze i zmienia się w gaz. Napędzana silnikiem elektrycznym sprężarka pompy znacznie podnosi ciśnienie gazu, dzięki temu wzrasta też jego temperatura. W kondensatorze następuje wymiana ciepła z górnym źródłem ciepła. Gaz ochładza się i zamienia w ciecz, a ciepło oddaje wodzie z instalacji grzewczej. Ciecz będąca pod wysokim ciśnieniem zostaje rozprężona w zaworze rozprężającym, a następnie przepływa do parownika.

Zalety pomp ciepła mniejsze ryzyko pożaru, zaczadzenia czy wybuchu, zmniejszenie wydatków na ogrzewanie, mniejsze ryzyko pożaru, zaczadzenia czy wybuchu, korzystanie z nietoksycznych, niepalnych i w pełni biologicznie degradowalnych czynników roboczych, cicha praca instalacji, rury będące częścią pomp mogą być eksploatowane nawet przez 30 – 50 lat.

Wykorzystanie zasobów geotermalnych w Polsce w Polsce zasoby geotermalne znajdują się pod powierzchnią 80% terytorium, temperatura wód geotermalnych na terenie Polski waha się od 25° C do 150° C, na ogół nie przekracza 100° C, zakłady geotermalne pracują w Zakopanem, w Pyrzycach k. Szczecina, w Uniejowie i w Mszczonowie k. Warszawy, źródła geotermalne są wykorzystywane w uzdrowiskach, takich jak Cieplice, Duszniki Zdrój, Lądek Zdrój, Ustroń, Konstancin i Ciechocinek

Gminy i powiaty wykorzystujące ten rodzaj energii Źródło: www.polgeol.pl Źródło: www.eo.org.pl

Przykłady wykorzystania Wyjątkowo dobre warunki geotermalne są w części Podhala, między Tatrami a Pienińskim Pasem Skałkowym, w latach 1988–93 wybudowano tam pierwszą w Polsce instalację  geotermalną – zakład w Bańskiej- Niżnej, który poza budynkiem instalacji ogrzewa także szklarnię, suszarnię drewna, basen do hodowli ryb i domy mieszkalne, drugą instalacją jest elektrownia geotermalna w miejscowości Pyrzyce w woj. zachodniopomorskim, ten posiadający około 50 MW mocy cieplnej zakład zasila miejski system ciepłowniczy, zastępujący 68 lokalnych kotłowni opalanych węglem lub koksem

Zalety energii wnętrza Ziemi koszty eksploatacji niezależne od cen nośników energii, nieszkodliwość dla środowiska, niższy niż w ciepłowniach konwencjonalnych koszt jednostkowy pozyskiwania ciepła, opiera się na surowcu odnawialnym, powszechność występowania źródła energii, możliwość decentralizacji, czyli pozyskiwania surowca w pobliżu użytkownika, co zmniejsza straty związane z przesyłem energii na odległość i zwiększa niezależność społeczności lokalnych, niezależność od zmiennych warunków pogodowych i klimatycznych

Wady energii wnętrza Ziemi dogodne do jej wykorzystania warunki występują tylko w niewielu miejscach, może się zdarzyć, że przy pobieraniu energii geotermalnej z głębi ziemi wydostaną się szkodliwe gazy i minerały, których następnie trudno się pozbyć, Courtesy of DOE/NREL

Co dalej… Ze wszystkich niekonwencjonalnych źródeł energii, energia geotermalna jest najbardziej stabilna w czasie i daje największe efekty ekonomiczne. Pewność dostaw energii cieplnej z ciepłowni geotermalnej i jej konkurencyjny koszt w porównaniu do energii z węgla przemawia za jej rozwojem i szerszym zastosowaniem. Efektywność ekonomiczna źródeł geotermalnych będzie wzrastać ze względu na rosnące wymogi w zakresie ochrony środowiska. Duże instalacje będą mogły pracować jako niezależne źródła ciepła, a małe jako systemy wspomagające konwencjonalne ciepłownie. Zastosowanie geotermii jest ograniczone do rejonów gęsto zaludnionych ze względu na ekonomikę procesu. Transport ciepła z ciepłowni geotermalnych jest opłacalny do kilku kilometrów co zmusza do możliwie efektywnego wykorzystania energii w miejscu jej pozyskania.

Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego do ogrzewania domu Źródło: http://www.fizyka.net.pl

Zasada działania "Wieży Słońca" Źródło: http://www.fizyka.net.pl

Działania na rzecz upowszechnienia energii odnawialnej w Polsce

Regulacje prawne, mające wpływ na rozwój lokalnej gospodarki energetycznej opartej o technologie wykorzystujące odnawialne źródła energii, Inicjatywy Komisji Europejskiej oraz międzynarodowych sieci i stowarzyszeń samorządów lub organizacji działających na rzecz zrównoważonej gospodarki energetycznej, Finansowanie projektów w ramach programów ramowych Komisji Europejskiej oraz przez krajowe instytucje finansujące działania w ochronie środowiska.

Bibliografia: Ministerstwo Środowiska RP – dostęp: http://www.mos.gov.pl/dg/energia_geotermalna/ Fundusze Europejskie na Energię Odnawialną – dostęp: http://www.funduszeoze.pl/ Państwowy Instytut Geologiczny – dostęp: http://www.pgi.gov.pl/ Serwis proekologia – dostęp : http://proekologia.pl/ Serwis energia odnawialna – dostęp: http://www.energia- odnawialna.net/geotermalna.html/ Polska Izba Gospodarcza Energii Odnawialnej – dostęp: http://www.pigeo.org.pl/ Fundacja Poszanowania Energii w Gdańsku – dostęp: http://www.fpegda.pl/ Biomasa.org serwis poświęcony zmianom klimatycznym i odnawialnym źródłom energii – dostęp : http://www.biomasa.org Fundusze strukturalne dla rozwoju – dobre praktyki - dostęp: http://www.dobrepraktyki.org.pl/dp/przedakcesyjne/pyrzyce.pdf

wykonanie: Rafał Mularski Zespół Szkół Zawodowych Nr 2 w Starachowicach