Maciej Miecznik
Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii nauk
Pracowania Odnawialnych Źródeł Energii ul. Wybickiego 7, 31-261 Kraków e-mail: miecznik@min-pan.krakow.pl
Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 2/2016
207
WyKOrzyStanIE OKrESOWych nadWyżEK MOcy cIEPlnEj W cIEPłOWnIach GEOtErMalnych dO PrOduKcjI EnErGII
ElEKtrycznEj – PrOPOzycja dla POdhala
Polska posiada bogate zasoby wód geotermalnych o niskiej i średniej temperaturze. Wody te są wykorzystywane w największym stopniu w ciepłownictwie sieciowym, a także do ogrze- wania obiektów basenowo-rekreacyjnych. Wody geotermalne eksploatowane przez PEC Geo- termię Podhalańską S.A. w obszarze górniczym Podhale 1 posiadają temperaturę od 82 do 86°C, natomiast zatwierdzone zasoby eksploatacyjne z trzech otworów produkcyjnych wyno- szą łącznie 960 m3/h. Ze względów technicznych wydobycie wód jest możliwe na poziomie 780 m3/h, podczas gdy w okresie letnim łączne wydobycie wynosi około 250–300 m3/h. Ze względu na ograniczony rynek zbytu energii cieplnej poza sezonem grzewczym, proponuje się wykorzystanie nadwyżek dostępnego ciepła do produkcji energii elektrycznej z wykorzy- staniem cyklu organicznego Rankine’a (ORC – ang. Organic Rankine Cycle). Rozwiązanie ta- kie – choć potencjalnie korzystne – z ekonomicznego punktu widzenia może w perspektywie kilkudziesięciu lat spowodować nadmierne wychłodzenie lub spadek ciśnienia złożowego. Mo- delowanie numeryczne reakcji zbiornika wód geotermalnych jest w tym przypadku odpowied- nim narzędziem do oceny długofalowych skutków spowodowanych wzmożoną eksploatacją.
Wykorzystanie okresowych nadwyżek dostępnego strumienia wód geotermalnych wymaga przeprowadzenia modelowania pracy elektrowni binarnej typu ORC w warunkach dynamicz- nych, tj. oszacowania ilości mocy elektrycznej netto możliwej do wytworzenia w zależności od chwilowej dostępności strumienia wód geotermalnych oraz parametrów dolnego źródła ciepła (temperatury, objętościowej pojemności cieplnej oraz ciepła parowania). Ze względu na bliskość rzeki Biały Dunajec korzystnym rozwiązaniem wydaje się odbiór ciepła z systemu ORC przez bezpośredni przepływ wody przez skraplacz. Maksymalny dostępny dla produkcji energii elek- trycznej strumień wód geotermalnych w ilości 486 m3/h jest dostępny zaledwie przez około 22%
czasu w roku, podczas gdy przez około 18% czasu w roku cały dostępny strumień wykorzysty- wany jest do celów grzewczych. W związku z tym, optymalizacja ekonomiczna proponowanego rozwiązania powinna prowadzić do zwiększenia współczynnika wykorzystania mocy kosztem znacznego zmniejszenia mocy i energii generowanej przez elektrownię ORC.
Słowa kluczowe: wody geotermalne w Polsce, elektrownia geotermalna, ORC, Podhale
thE uSE Of PErIOdIc ExcESS hEat frOM GEOthErMal hEatInG PlantS tO PrOducE ElEctrIcIty – a PrOPOSal
fOr POdhalE
Poland has rich geothermal resources of low and medium temperature. These waters are used to the greatest extent in district heating networks but also for heating the geothermal spas. Geothermal waters exploited by PEC Geotermia Podhalańska S.A. in the Podhale 1 mining area have temperatures of 82–86°C, while approved resources from three production wells amounts to 960 m3/h. However, due to technical reasons, the production of geother- mal waters does not exceed 780 m3/h, while in summer the total production amounts to approx. 250–300 m3/h. Due to the limited market for thermal energy sale after the heating season, the use the surplus of the available heat to produce electricity with the use of Organic Rankine Cycle (ORC) is proposed. Such a solution – though potentially beneficial from an economic point of view may in the perspective of several decades, cause excessive cooling or a pressure drop in the reservoir. Numerical modeling of a geothermal reservoir is, in this case, the right tool to assess the long-term effects caused by increased exploitation.
The use of the periodic excess of the available geothermal water stream requires a dy- namic modeling of operating conditions of the ORC binary power plant, ie. to estimate the amount of electric power net to produce, depending on the temporary flowrate of the availa- ble geothermal water and parameters of the heat sink (temperature, volumetric heat capacity and heat of vaporization). Due to the proximity of the Biały Dunajec river, it seems reaso- nable to remove the heat from the ORC system by once-through flow of water through the condenser. The maximum available geothermal waters flowrate for the production electricity in the amount of 486 m3/h is available only by approx. 22% of the time in the year, while the total avaiable flow is used for heating purposes anly approx. 18% of the year. Consequently, the economic optimization of the proposed solution shall lead to an increase of the capacity factor at the expense of a significant reduction in power and energy generated by the ORC plant.
Keywords: geothermal waters in Poland, geothermal power plant, ORC, Podhale
