Dzisiaj jest: 21.10.2018, imieniny: Celiny, Hilarego, Janusza

Jak działa elektrownia geotermalna?

Dodano: 2 lata temu Czytane: 4511 Autor:
Redakcja poleca!

Energia geotermalna produkowana jest przez jądro Ziemi i dostępna w postaci gorącej wody lub pary wodnej.

Jak działa elektrownia geotermalna?
Wykorzystuje się ją do produkcji ciepła grzewczego dla potrzeb komunalnych i produkcji rolnej, a niekiedy także do produkcji energii elektrycznej. Energia ta jest w zasadzie niewyczerpalna, gdyż przenoszona jest z wnętrza Ziemi przez konwekcję. Energetyka geotermalna oparta jest na gorących źródłach, które krążą w warstwie przepuszczalnej skorupy ziemskiej na głębokości poniżej 1 km. Są one atrakcyjne dzięki kilku cechom: 
  • nie podlegają wahaniom w zależności od warunków pogodowych czy klimatycznych,
  • nie ulegają wyczerpaniu,
  • są nieszkodliwe dla środowiska,
  • urządzenia geotermalne nie zajmują wiele miejsca i nie zaburzają krajobrazu.
Złoża par geotermalnych zlokalizowane są na obszarach, gdzie teraz lub w niedalekiej przeszłości geologicznej miała miejsce działalność wulkaniczna. Źródłem ciepła, które ogrzewa wodę do temperatury pozwalającej na jej przejście w stan pary, jest magma znajdująca się płytko w skorupie ziemskiej bądź wydobywająca się na powierzchnię w czasie wybuchów wulkanicznych jako lawa. Złoża wód geotermalnych są bardziej rozprzestrzenione na świecie niż złoża par. Spotkać je można nie tylko na obszarach wulkanicznych. W tym przypadku ciepło ogrzewające wody geotermalne pochodzi z jądra ziemskiego.

Zasoby energii geotermalnej wykorzystywane są w elektrowniach geotermalnych. Podczas wyboru odpowiedniej metody pozyskiwania energii elektrycznej kluczowe znaczenie mają parametry wydobywanej wody - temperatura, stan termodynamiczny oraz skład chemiczny. Temperatura graniczna pozwalająca na użycie złoża w celach energetycznych to 100 °C. Z kolei skład chemiczny wpływa na rodzaj użytego obiegu wody złożowej (zamknięty lub otwarty). Wysoka mineralizacja prowadzi bowiem do gromadzenia się osadów w odwiertach i ich korozję, co podnosi całościowy koszt wydobycia.
 
Zasada działania elektrowni geotermalnych
Rys. 1 Bezpośrednie wykorzystanie par lub złóż geotermalnych  

Elektrownie geotermalne działają podobnie do klasycznych elektrowni parowych jeśli temperatura jest wyższa niż 300 °C. Jeśli nie przekracza ona tej granicy należy zastosować dodatkowy obieg ze specjalnym czynnikiem roboczym. Wyróżnia się więc dwa główne rodzaje elektrowni geotermalnych. Pierwsze to systemy, które wykorzystują zasoby geotermalne jako jedyne źródło zasilania. Złoże w formie pary trafia bezpośrednio na turbinę, a po ekspansji para trafia natomiast do skraplacza, gdzie zmienia stan skupienia na ciekły. Sprawność elektryczna tego typu elektrowni sięga 30%.

Drugim rodzajem są elektrownie dwuczynnikowe (binarne). Gorąca woda kierowana jest do parownika (wymiennika ciepła), który
spełnia funkcję kotła parowego. Oddane ciepło trafia następnie do drugiego obiegu z czynnikiem roboczym o niskiej temperaturze wrzenia. Pracuje on według obiegu Kaliny lub obiegu Clausiusa-Rankine'a. Sprawność cieplna w tym przypadku wynosi 10-15%.
 

Zasada działania elektrowni geotermalnej

W przypadku elektrowni pierwszego rodzaju zasada działania nie jest skomplikowana. Woda lub para geotermalna jest pozyskiwana przez co najmniej 2 odwierty (jeden eksploatacyjny, drugi zatłaczający). Pobiera się gorące medium i ponownie go zatłacza po przejściu przez turbinę. Jeśli warunki złożowe nie pozwalają na pobranie wody stosuje się zamknięty obieg. Jednym otworem zatłaczana jest zimna woda obiegowa do złożą, tam ogrzewa się (czasem przechodzi w stan pary), a drugim wraca na powierzchnię i napędza turbiny.

Elektrownie drugiego typu nie korzystają z klasycznego układu wodno-parowego. Obieg geotermalny odpowiedzialny jest za pobór medium przez odwierty, oddanie ciepła na wymienniku i jego zatłoczenie z powrotem. Obieg termodynamiczny polega na krążeniu niskowrzącego nośnika
energii, który odbiera ciepło w wymienniku i przekształca je do postaci parowej. Trafia ono na łopaty turbiny. Trzeci obieg odpowiada za schłodzenie czynnika roboczego na skraplaczu przy pomocy zimnej wody.

W Polsce działa zaledwie kilka geotermalnych zakładów ciepłowniczych - Bańska Niżna, Uniejów, Mszczonów i Pyrzyce. Na świecie jest ich znacznie więcej. W Austrii prężnie pracują np. dwie instalacje o technologii binarnej (Bad Blamau, Altheim). Wyjątkowo zasobnym krajem w energię geotermalną jest Islandia. Spotkać tam można oba rodzaje elektrowni geotermalnych.


Źródło: zdjęć wikipedia.org , flickr.com
Polecane
Polub nas na Facebook-u i bądź na bieżąco z informacjami ze świata OZE! (kliknij)