Elektrownie geotermiczne
Słowo cieplic oznacza tryskające z wnętrza Ziemi źródło cieplnej wody. Źródła takie znane były już w dawnych wiekach. Wykorzystywano je nawet jako miejsca kultu religijnego, ale najczęściej w lecznictwie. Dziś są także bogactwem energetycznym np: w Islandii niemal cała energia do ogrzewania stolicy tego państwa pochodzi z gorących źródeł. Energia spod Ziemi uważana jest za niekonwencjonalną energię przyszłości.
Naukowcy pracują nad efektywnym zużytkowaniem energii geotermalnej , czyli ciepła pochodzącego z wnętrza naszej planety, a wydobywającego się na powierzchnię w postaci gejzerów oraz gorących źródeł . Na świecie znajduje się już ok. 150 zakładów przetwarzających energię cieplna z wnętrza Ziemi, przede wszystkim w Islandii, we Włoszech, w Nowej Zelandii oraz w Stanach Zjednoczonych.
Obliczono że gdyby wykorzystywano wodę o temperaturze 65 0 wydobywającą się spod Ziemi z wydajnością 75m3 na godzinę, to moc cieplna uzyskana w ten sposób wyniosłaby prawie 3 megawaty, co pozwoliłoby na ogrzanie 250 domków o powierzchni 160m2 każdy. Dzięki energii gorącej wody można by zaoszczędzić 7 ton paliwa stałego. Dodajmy do tego możliwość unieruchomienia kilkudziesięciu kotłowni zanieczyszczających środowisko, skrócenie instalacji sieci przesyłowej zaprzestanie kopania kanałów do ich poprowadzenia i wiele innych oszczędności...
Polskie zasoby wód geotermalnych pochodzą głębokości około 2-3,5 km i mają temperaturę pozwalającą na ich wykorzystanie w energetyce, ale nie tylko do ogrzewania mieszkań czy szklarni ogrodniczych.
Mamy w kilku regionach kraju udokumentowane źródła gorących wód podziemnych. Najbardziej znane są m. In na Podhalu, a z otworu wiertniczego „ Zakopane G-1” zasilany jest basen kąpielowy na Antałówce. Znane są także odwierty i ujęcia gorącej wody do celów gospodarczych „ Bańska G-1” czy „ Biały Dunajec PAN-1 „, z których wydobywa się woda o temperaturze do 720 C. Wiadomo, Ze gorące wody podziemne znajdują się pod Chochołowe i Poroninem, ale nie zostały jeszcze zagospodarowane. Bardziej niecierpliwi widzą już „ oczami duszy” instalacje doprowadzające gorącą wodę spod ziemi do mieszkań w osiedlach Nowego Targu, Szaflar czy Białego Dunajca , już liczą zyski z taniego źródła energii (energii czystej)
Poszukiwania trwają, nadzieje nie maleją. Wiadomość zarazem, że najbardziej wydajne źródła gorących wód odkryto w Polsce na Niżu Polskim. Wody te występują na głębokości 1-3 km i wywodzą się z warstw geologicznych sprzed prawie 200 milionów lat. Wiele wód jednak nie nadaje się do użytku, gdyż stopień ich mineralizacji i procent zawartości soli jest zabójczy dla instalacji , przez które musiałyby te wody płynąc o użytkowników . Znacznie utrudnia korzystanie z gorących wód podziemnych odkładanie się tzw. Argonitu, czyli kamienia.
W warstwach dolnej jury udokumentowano w kilku regionach Polski występowanie gorących wód, są to m. In. Obszary między Poznaniem , Gorzowem a Środą Wielkopolską . Znajdują się tu wody o temperaturze do 420 C. Podobne zasoby znaleziono w południowej części województwa stołecznego (byłego) warszawskiego, gdzie są wody o temperaturze 380 C, a także w okolicach Ciechocinka i koło Grudziąca, gdzie stwierdzono występowanie wód o temperaturze 37-440 C.
W ostatnich latach w Niecce Łódzkiej odkryto na głębokości 2100m zasoby wód gorących o temperaturze 60-700 C. Wypływają one na powierzchnię pod ciśnieniem artezyjskim z wydajnością ponad 80m3 na godzinę. Najbogatsze stwierdzili poszukiwacze z Państwowego Instytutu Geologicznego w Warszawie w rejonie Ujeniowa . Miejscowość której początki sięgają XII w., położona nad Wartą stała się znana również dzięki nowoczesnej instalacji – pierwszej w Polsce eksperymentalnej sieci cyrkulacyjnego systemu geotermalnego.
Eksperymentalny system geotermalny składa się z dwóch otworów, z których wydobywa się gorąca woda pod naturalnym ciśnieniem, a trzeci otwór służy do jej zawrócenia „ po pracy” na powierzchni ponownie do złoża po to, by się tam ogrzał. System nazwany cyrkulacyjnym oznacza zamknięty obieg wody, która zawraca się pod ziemią za pomocą silników elektrycznych dużej mocy.
Cyrkulacja wody zapewnia ekologiczne warunki wykorzystania podziemnego bogactwa, nie powoduje zanieczyszczenia zasobów wód podziemnych bezpowrotnie. Pozwala na wykorzystanie niekonwencjonalnej energii, nie zanieczyszcza wód powierzchniowych zasolonymi wodami spod ziemi. System tez zbudowany został przez specjalistów z Państwowego Instytutu Geologicznego oraz Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, również przy pomocy firm, które do niedawna zajmowały się wyszukiwaniem i eksplautacją zbóż ropy naftowej i gazu ziemnego na Podkarpaciu.
Pierwszy polski system geotermalny, który będzie ogrzewał domy mieszkalne. Szkoły, szpitale, urzędy miejskie, zbudowano w Pyrzycach. Będzie to zarazem pierwsza polska instalacja geotermalna służąca celom komunalnym. Jej budowę zaczęto w lipcu 1992 r.
Cyrkulacyjny system geotermalny w Pyrzycach zasila gorąca woda o temperaturze 640C, wydobywająca się spod Ziemi z wydajnością 170m3 na godzinę, z głębokości 1640 m.
System składa się z 4 otworów , dzięki temu miasteczko pozbędzie się 70 kotłowni węglowych, zrezygnuje z zakupu 38 tyś. Ton węgla rocznie.
Pierwszy komunalny system zbudowano we Francji w 1973 r. I służy do celów gospodarczych w Paryżu, natomiast od 1938 r. Gorące wody wykorzystywane są np.: w Islandii, gdzie z około 100 ujęć czerpana jest woda nie tylko do ogrzewania mieszkań czy zakładów pracy, ale także podłoża ważnych szos w zimie stolica kraju zaś-Reykjavik jest pierwszym na świecie miastem bez kotłowni , dominujących kominów i składowisk żużla. Przykłady te potwierdzają, że wykorzystanie wód gorących może dawać znaczne korzyści. I chociaż u nas najgorętsze wody o temperaturze do 850 C występują w rejonie Zielonej Góry, nie mają znaczenia gospodarczego z powodu małej wydajności źródeł.
Budowanie układów cyrkulacyjnych dla wód gorących to jeden ze sposobów ekologicznego wykorzystania zasobów geologicznych. Obliczono, że wspomniany układ cyrkulacyjny w Uniejowie Może zapewnić ogrzanie cieplarni ogrodniczej nawet do temperatury 500 C stawów hodowlanych do 300 C albo basenu kąpielowego do 400 C.
Obecnie – podobnie jak w Pyrzycach- dzięki przeznaczeniu 6 miliardów zł. Z EkoFunduszu, tj. ze środków pochodzących z redukcji polskiego zadłużenia zagranicznego na cele ekologiczne, w rejonie Bańskiej Niżnej koło Zakopanego zbudowano ujęcie wód geotermalnych. Budowana jest sieć ciepłownicza dla220 budynków mieszkalnych, co pozwoli na eliminację zużycie około 1,5 mln ton węgla rocznie. Cała inwestycja ma kosztować ponad 25 miliardów zł. I jest fragmentem pilotowego programu modernizacji zaopatrzenia w ciepło Zakopanego i Kotliny Podkarpackiej, który obejmuje eliminację tzw. Emisji niskiej z tysięcy palenisk domowych i kotłowni oraz gazyfikację tego regionu.
Od dawna wiadomo, Ze w wielu polskich uzdrowiskach wykorzystywane są gorące wody do celów leczniczych. Sławne są np: Cieplice-Zdrój, obecnie część Jeleniej Góry, gdzie spod ziemi wydobywają się wody o temperaturze 44o C, zawierające sole fluorkowo-krzemowe. Również znanym uzdrowiskiem jest Ciechocinek, gdzie wykorzystywane są od XIX w. Ciepłe źródła wód zawierających sole lecznicze. Ich temperatura sięga 350C. Mniej znana, lecz ciekawa dla krajoznawcy może być niewielka wieś Ciepłowody w okolicach Wałbrzycha, gdzie znajduje się niezamierzające źródło wody wypływającej spod ziemi. Opodal Rybnika znane było uzdrowisko Górnicze Jastrzębie-Zdrój, lecz wskutek postępujących w tym rejonie prac górniczych i wydobycia węgla, ciepłe wody lecznicze zaniknęły zda się bezpowrotnie.
Cieplice, czyli termy, to źródła wody o temperaturze przekraczającej średnią roczną temperaturę w danej okolicy. Ciepłe i gorące wody podziemne stosowane są w ciepłolecznictwie, inaczej termoterapii, w przypadkach wielu chorób, stanów zapalnych, porażeń mięśni, chorób narządów ruchu i organów wewnętrznych człowieka. Leczenie za pomocą gorących wód – to znana metoda w medycynie naturalnej, stosowana od kilku tysięcy lat . Wykorzystanie gospodarcze wód gorących, jako źródła energii niekonwencjonalnej, uchodzi obecnie za jeden ze sposobów ochrony środowiska przed skażeniem.
Wody geotermalne są czystymi ekologicznie i odnawialnymi nośnikami ciepła, które można wykorzystywać w:
ciepłownictwie
balneologii
rekreacji
Odbiór energii cieplnej z wód geotermalnych odbywa się poprzez eksploatację gorącej wody ze studni głębinowej, schładzanie jej na wymiennikach ciepła i ponowne zatłoczenie przez drugi otwór studzienny do tej samej warstwy, z której została pobrana.
Schemat wykorzystania energii geotermalnej
Zaletą ciepłowni geotermalnych jest:
niski koszt eksploatacji
wyeliminowanie lub znaczne ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery
wykorzystanie czystego ekologicznie i odnawialnego źródła energii
niezależność od wzrostu cen konwencjonalnych nośników energii
Na inwestycje związane z pozyskiwaniem czystej i odnawialnej energii cieplnej i elektrycznej z wód geotermalnych można uzyskać kredyty preferencyjne oraz dotacje z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.
Wody geotermalne występują na różnych głębokościach, prawie na całym obszarze Polski.
Przedsiębiorstwo Geologiczne w Warszawie "POLGEOL" wykonuje kompleksowo prace związane z udokumentowaniem wód geotermalnych:
ocenę możliwości pozyskiwania energii cieplnej z wód geotermalnych i analizę ekonomiczną inwestycji
projekty prac hydrogeologicznych, nadzór i dozór prac geologicznych związanych z budową ciepłowni geotermalnej
dokumentacje hydrogeologiczne zasobów eksploatacyjnych ujęć wód geotermalnych
oceny oddziaływania na środowisko
założenia do projektu i projekty zagospodarowania złoża
W Przedsiębiorstwie Geologicznym "POLGEOL" wykonano wszystkie prace geologiczne związane z udokumentowaniem zasobów wód geotermalnych oraz analizę możliwości pozyskiwania z nich ciepła dla pierwszej w Polsce ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach.
Ekologiczne aspekty wykorzystania wód termalnych w Pyrzycach
Energia cieplna uzyskiwana z wód geotermalnych pokrywa w 58 % całoroczne zapotrzebowanie na ciepło 15-to tysięcznego miasta.
CIEPŁOWNIA GEOTERMALNO-GAZOWA W PYRZYCACH
W woj. Szczecińskim w Pyrzycach jest spółka ( GEOTERMIA PYRZYCE SPÓŁKA Z.O.O),która zaopatrza miasto w energię cieplną oraz ciepłą wodę za pomocą ciepłowni geotermalno-gazowej. Pomysł wykorzystania energii geotermalnej w Pyrzycach narodził się dzięki wieloletnim kontaktom z duńskim miastem Thisted. Ciepłownia geotermalna w Thisted została ukończona w roku 1988 i posłużyła za dobry przykład. Około 3/4 powierzchni Polski, szczególnie na zachodzie i południu kraju, ma możliwości wykorzystania energii geotermalnej. Zgodnie z projektem, ciepłownia geotermalno wybudowana -gazowa w Pyrzycach ma zaopatrywać blisko 100% budynków w tym 15-tysięcznym mieście. Nowopowstały system zastąpi 68 istniejących dotychczas kotłowni lokalnych opalanych węglem. Na zlecenie Urzędu Miejskiego w Pyrzycach duńska firma konsultingowa Houe&OIsen opracowała analizę opłacalności inwestycji. Pierwotnie inwestorem został !
Urząd Miejski, który zawarł z duńską spółką Scandinavian Energy Group kontrakt na budowę ciepłowni geotermalno-gazowej. Pierwszy otwór został wykonany w okresie od lipca do września 1992 r., a następnie przetestowany z bardzo dobrymi wynikami. Formacja wodonośna miała maksymalne natężenie przepływu 180 m3/h, temperaturę wody na powierzchni 61 °C i wysokie zasolenie 120 g/I. Kolejne trzy otwory zostały wykonane do września 1993 roku. Geotermia Pyrzyce sfinansowała budowę i wyposażenie budynków ciepłowni geotermalno-gazowej, która została uruchomiona 1 lutego 1996 r. Instalacja nowej sieci zaopatrzenia w ciepłą wodę będzie zakończona najprawdopodobniej we wrześniu tego roku. Ponieważ Pyrzyce są miastem o bardzo bogatej historii, prace instalacyjne były przerywane kilkakrotnie ze względu na odkrycia i wykopaliska archeologiczne. !
Instalacja ciepłowni składa się z dwóch głównych części:
BLOK GEOTERMALNY składający się z dwóch dubletowych systemów otworów (otwór produkcyjny i otwór reiniekcyjny) o głębokości 1.640 m, pomp głębinowych o zmiennym przepływie, wymienników ciepła, filtrów i systemu tłoczenia pomiędzy otworami wykonanymi ze stalowych rur preizolowanych;
BLOK GAZOWY składający się z dwóch kotłów wysokotemperaturowych z kondensacyjnymi ochładzaczami spalin, dwóch kotłów niskotemperaturowych z kondensacyjnymi ochładzaczami spalin, wymiennika płaszczowo-rurowego i absorpcyjnych pomp cieplnych.
System dystrybucji ciepła stanowi sieć 16 km rurociągów ze stalowych rur preizolowanych wyposażona w zawory, wymienniki ciepła i indywidualne urządzenia pomiarowe. Ciepłownia i sieć cieplna będą sterowane przez zintegrowany komputerowy system sterowania, który ułatwi pracę i zmniejszy straty energii.
Gorąca woda z otworu produkcyjnego jest pompowana na powierzchnię przez pompy głębinowe, gdzie ogrzewa wodę sieciową w wymiennikach ciepła, a następnie po ochłodzeniu do 26°C jest tłoczona do otworu reiniekcyjnego. W okresach obciążenia szczytowego uruchamiany jest blok gazowy ciepłowni, aby zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie energetyczne. Maksymalna moc bloku geotermalnego wynosi 14,8 MW, natomiast maksymalna moc całej ciepłowni 55 MW. Obecne zapotrzebowanie miasta na energię cieplną wynosi minimalnie 5 MW w okresie letnim i maksymalnie 48 MW w okresie zimowym.
KOSZTY FINANSOWANIE Całkowity koszt inwestycji od jej początku w 1992 roku wyniósł 53 mln zł, z czego budowa i wyposażenie ciepłowni pochłonęło 27 mln zł, natomiast instalacja sieci ciepłowniczej 26 mln zł. Koszt wyprodukowania 1 GJ energii cieplnej przez Geotermię Pyrzyce wynosi 25 zł, podczas gdy obecna cena energii w mieście to 29 zł za 1 GJ. Oznacza to, że działanie ciepłowni geotermalno-gazowej w Pyrzycach jest opłacalne, a spółka przewiduje zwrot inwestycji w ciągu 10-15 lat, zależnie od stabilności cen energii i paliw.
EKSPLOATACJA Obecnie ciepłownia geotermalno-gazowa w Pyrzycach, dzięki zaawansowanej automatyzacji, zatrudnia 10 wysoko wykwalifikowanych pracowników. Geotermia Pyrzyce planuje nowe inwestycje mające obniżyć koszty uzyskania produkowanej energii: użycie ciepłej wody do ogrzewania szklarni i suszarni, w rolnictwie i balneoterapii, do produkcji soli mineralnych i butelkowanych wód mineralnych.
PODHALE
Wody geotermalne Podhala stanowią obok gór, wód, lasów i powietrza jeszcze jedno - cenne i potężne bogactwo naturalne tej ziemi. Rozsądnie wykorzystywane może przez dziesięciolecia dostarczać własnej i taniej energii cieplnej - czystej ekologicznie, odnawialnej, bezpiecznej i wygodnej w eksploatacji.
Aspekt ekonomiczny:
Celem określenia potencjalnego rynku energii geotermalnej we współpracy z duńską firmą Houe&Olsen przeprowadzono badania rynku. Pierwszym krokiem było opracowanie podziału terytorialnego Podhala na dystrykty. Następnie przeprowadzono segmentację odbiorców, gdzie wyszczególniono trzy podstawowe grupy odbiorców w tych dystryktach: gospodarstwa domowe - odbiorcy posiadający indywidualne systemy grzewcze, których zapotrzebowanie energii jest mniejsze niż 200 GJ rocznie, wieloskalowi odbiorcy - hotele/pensjonaty i inne, których zapotrzebowanie przekracza 200 GJ/rocznie oraz przedsiębiorstwa ciepłownicze. Biorąc pod uwagę aspekt ekonomiczny, społeczny i techniczny projektu oraz wspieranie
programu ekologicznego przez Miasto Zakopane polegające między innymi na poszerzaniu rynku odbiorców energii ekologicznej było możliwe utworzenie mapy energetycznej Podhala. Określa ona rejony, w których zastanie realizowana geotermalna sieć ciepłownicza. Pozwoliło to na zoptymalizowanie zakresu inwestycji oraz na wyznaczenie kierunków jej prowadzenia.
Firma przyjęła strategię ich penetracji w celu osiągnięcia założonych celów. Specyficzny charakter oferowanego produktu (energia cieplna) oraz fakt, że firma znajduje się w początkowym etapie swojej działalności determinuje przyjęcie w pierwszym etapie strategii rozwoju rynku, tj. wprowadzenie produktu na nowe rynki dla wszystkich ich segmentów, a w następnym etapie strategii penetracji rynku tj. intensyfikacja działań marketingowych na istniejących rynkach. Przyjęta strategia rozwoju rynku zakłada w pierwszej kolejności zawieranie umów z przedsiębiorstwami ciepłowniczymi i wieloskalowymi odbiorcami ciepła z uwagi na:
1. relatywnie małe nakłady na przyłącze cieplne w stosunku do ilości zużywanej energii,
2. duże zainteresowanie potencjalnych odbiorców zmianą systemu ogrzewania na proekologiczne systemy zautomatyzowane z uwagi na wysokie koszty robocizny (zatrudnianie dodatkowych osób - palaczy) oraz na zmiany w uregulowaniach prawnych dotyczące redukcji emisji do otoczenia (wysokie opłaty za zanieczyszczenie środowiska).
3. możliwości finansowe zakupu i montażu instalacji węzłów cieplnych (możliwość pozyskskiwania dodatkowych środków finansowych na modernizację systemów grzewczych).
Istotnym elementem strategii firmy są zasady określania systemu taryfikacji i zachęt dla odbiorców. Taryfikacja została określona w zależności od formy własności węzła cieplnego (zakupionego przez odbiorcę, bądź będącego własnością Spółki).
Opłata za energię cieplną dla odbiorców wieloskalowych i indywidualnych podzielona jest na dwa składniki :
1. opłata stała za zamówioną moc (minimalna moc zamówiona - 6 kW) - płatna w ratach miesięcznych od dnia wydania zezwolenia na dostawę energii cieplnej,
2. opłata zmienna za pobraną energię wg wskazań licznika - płatna miesięcznie za miesiąc rozliczeniowy tylko w okresie poboru energii cieplnej.
Aspekt ekonomiczny:
Głównymi źródłami emisji zanieczyszczeń powietrza w gospodarce komunalnej są procesy spalania paliw dla potrzeb ogrzewania budynków oraz produkcji ciepłej wody użytkowej. Sektor ten, mimo wyposażenia w urządzenia o stosunkowo małych wydajnościach, jest jednym z najbardziej uciążliwych dla środowiska. Przyczynami tego są przede wszystkim przestarzałe urządzenia wytwórcze, niskosprawne instalacje ochrony środowiska (ograniczające się prawie wyłącznie do mało efektywnych odpylaczy mechanicznych), jak też spalanie niskiej jakości paliw.
Ilości i rodzaje zanieczyszczeń powstających w procesach spalania, takich jak: temperatura, nadmiar powietrza, czas przebywania w komorze paleniskowej itp. Praktycznie wszystkie składniki spalin, za wyjątkiem azotu i pary wodnej, są zanieczyszczeniami powietrza. Część z nich należy do składników mniej toksycznych, choć wywołujących dalekosiężne skutki klimatyczne, ale pozostała większość to bardzo szkodliwe związki bezpośrednio zagrażające człowiekowi, zwierzętom i roślinności.
Aspekt chemiczny:
ŹRÓDŁA CIEPŁA Scentralizowany system ciepłowniczy realizowany obecnie przez PEC Geotermię podhalańską S.A. opierać się będzie o trzy źródła ciepła tj.:
Ciepłownię Geotermalną zlokalizowaną w Szaflarach Bańskiej Niżnej
Kotłownię gazową w Zakopanem
Kotłownię gazową w Nowym Targu
Lokalizacja Ciepłowni Geotermalnej wynika w sposób naturalny z warunków geologicznych i jednocześnie stanowi "środek ciężkości" przyszłego systemu ciepłowniczego. Układ geotermalny to układ typu zamkniętego, tzn. woda z odwiertu produkcyjnego po przekazaniu ciepła w wymiennikach płytowych do wody sieciowej jest następnie zatłaczana do odwiertu chłonnego, (odległość pomiędzy odwiertami w linii prostej wynosi około 1800 m; dla wydłużenia drogi "chłodnego frontu" od otworu chłonnego do produkcyjnego), tego typu par odwiertów (dubletów) planuje się wykonać kilka. Ciśnienie na głowicy odwiertu produkcyjnego wynosi 2,6 MPa (przy zerowym przepływie). Dla niewielkich przepływów rzędu 30m3/h woda geotermalna w sposób samoistny zatłacza się do formacji wodonośnej zawierającej wody geotermalne. Jednakże dla uzyskania większego strumienia wody geotermalnej zaprojektowana jest pompownia geotermalna z pompami zatłaczającymi. W Ciepłowni Geotermalnej będzie następowało przekazywanie ci!
epła z wody geotermalnej do wody sieciowej poprzez wymienniki płytowe. W budynku ciepłowni geotermalnej zlokalizowane są również inne układy technologiczne jak układ uzdatniania wody obiegowej o wydajności 50 m3/h, układ ekspansyjny zabezpieczający 2 i 3 strefę ciśnienia, pompy obiegowe
Kotłownia w chwili obecnej wyposażona jest w dwa kotły wodne o mocy 10 MW każdy, średniotemperaturowe, opalane gazem, dodatkowo wyposażone w ekonomizery (o mocy 10 MW każdy) pozwalające odebrać ciepło kondesacji zawarte w spalinach wylotowych. Układ kotłowy jest hydraulicznie oddzielony od układu sieciowego poprzez trzy wymienniki płytowe o docelowej mocy 17 MW każdy. Układ kotłowy pracuje na ciśnieniu nominalnym 6 bar w odróżnieniu od ciśnienia nominalnego 1 bar w sieci ciepłowniczej. Kubatura budynku kotłowni oaz wyposażenie techniczne tj. układ ekspansyjny, stacja uzdatniania wody, wymienniki, układ filtrów wody sieciowej dostosowane jest do mocy 50 MW. Całość wyposażenia technicznego obiektu została wybrana w oparciu o międzynarodowe przetargi co pozwoliło zakup urządzeń na europejskim poziomie.
Układ uzdatniania wody sieciowej i kotłowej o wydajności 20 m3/h zapewnia właściwą jakość wody obiegowej co rzutuje na trwałość urządzeń, przede wszystkim rurociągów. W budynku kotłowni znajduje się rozdział strefy ciśnienia 3 i 4, dlatego zainstalowane są trzy układy ekspansyjne oraz układ podnoszenia i redukcji ciśnienia na wodzie sieciowej. kotłownia szczytowa w Nowym targu w przyszłości będzie pod względem technologicznym podobna do kotłowni Zakopane ale o mniejszej mocy, około 12-15 MW.
SIECI CIEPŁOWNICZE
Sieć ciepłownicza niskotemperaturowa (90/50) pomiędzy wymienionymi źródłami ciepła a odbiorcami budowane są praktycznie od zera, całość w technologii rur preizolowanych o niewielkich stratach ciepła. Wszystkie rurociągi o średnicach DN 100 i wyższych wyposażone są w układ detekcji nieszczelności. Geometria układu sieci i średnice rurociągów, prędkości przepływu, wymagane wysokości podnoszenia układów pompowych były i są na bieżąco wyliczane za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Wyliczenia te pokazują bardzo małe straty ciepła na przesyle całości układu (rzędu kilku procent) i małe spadki temperatury na głównych rurociągach przesyłowych. Przewidywana temperatura wody sieciowej za wymiennikami geotermalnymi (na terenie ciepłowni geotermalnej), po stronie wody sieciowej, wynosi 82-83° C, spadek temperatury wskutek strat ciepła w rurociągu głównym wyniesie 2-3°C na długości sieci 15 km co daje temperaturę około 80°C na zasilaniu głównych odbiorców, tzn. miast Zakopane i Nowy!
Targ.
W omawianym systemie ciepłowniczym praktycznie znika pojęcie "sezonu grzewczego" ponieważ dla zapewnienia ciepłej wody użytkowej temperatura na zasilaniu latem nie spadnie poniżej 60-55°C. Układ regulacji systemu jest typu ilościowo - jakościowego tzn. temperatura wody sieciowej wychodzącej ze źródeł ciepła dostosowana jest do warunków zewnętrznych (temperatura) a jednocześnie wszystkie pompy obiegowe wyposażone są w przetwornice częstotliwości co pozwala na zmienny przepływ w sieci.
Z Ciepłowni Geotermalnej rozchodzą się główne rurociągi ciepłownicze, jedna nitka w kierunku Nowego Targu o docelowym obciążeniu 30 MW (650 m3/h) oraz w kierunku Zakopanego o docelowym obciążeniu 63 MW (1400 m3/h ), oba podsystemy są od siebie hydraulicznie odseparowane. Całość systemu składa się z trzech obiegów:
obieg termalny, z ciśnieniem nominalnym 40 bar na terenie ciepłowni i 64 bar za pompami geotermalnymi zatłaczającymi
obieg wody sieciowej z ciśnieniem nominalnym 16 bar
obiegi kotłowe w kotłowniach szczytowych z ciśnieniem nominalnym 6 bar
Układ wody sieciowej, ze względu na dużą różnicę rzędnych terenu i nie przekraczanie ciśnienia roboczego 16 bar, został podzielony na cztery strefy ciśnieniowe. Pierwsza strefa ciśnieniowa rozciąga się od Ciepłowni Geotermalnej w Szaflarach - Bańskiej Niżnej do Nowego Targu i jest całkowicie odseparowana od reszty systemu, w tej części układu przepompownie wody sieciowej znajdują się na powrocie.
W strefach ciśnieniowych 2, 3 i 4 sytuacja jest odwrotna, wskutek różnicy rzędnych Ciepłowni Geotermalnej (672 m n.p.m.) oraz maksymalnej rozpiętości przyszłego systemu (930 m n.p.pm.) na zasilaniu zaprojektowano pompownie a na powrocie stacje redukcji ciśnienia. Ilość i liczba przepompowni oraz stacji redukcji ciśnienia wynika między innymi z ukształtowania terenu oraz przyjętego założenia nie przekraczania spadku ciśnienia w rurociągu głównym 70Pa/m. Rozważany był pomysł rozdzielenia sieci wymiennikami ciepła, ale takie rozwiązanie powodowałoby straty ciepła na każdym wymienniku, wydajność sieci uległaby obniżeniu a wykorzystanie kosztownych odwiertów geotermalnych nie byłoby pełne. Alternatywą dla wymienników ciepła jest system separacji ciśnień. W tym przypadku różne części systemu wody sieciowej są hydraulicznie wzajemnie połączone (używają tej samej wody), ale pracują na różnych poziomach ciśnień bez spadku temperatury.
W trakcie normalnej pracy systemu właściwe ciśnienia w sieci są utrzymywane przez pompy i zawory regulacyjne. Ale nie w każdej sytuacji jest wymagane przekraczanie dopuszczalnych ciśnień, jak na przykład wypadnięcie pomp w przypadku braku zasilania energią elektryczną, w takiej sytuacji wymagane jest szybkie odcięcie poszczególnych stref ciśnienia. Szybkie zamykanie zaworów odcinających (hamowanie strugi wody) w dużych układach zawsze jest ryzykowne z powodu możliwości powstania zjawiska uderzenia wodnego, propozycja rozwiązania tego problemu polega na wbudowaniu w układ wymiennika ciepła i odpowiedniej konstrukcji zaworów, wymiennik ciepła spełnia tutaj rolę "oporu" dla fali uderzenia wodnego i przeciwdziała naprężeniom cieplnym, które mogłyby powstać wskutek skierowania wody z rurociągu zasilającego wprost do rurociągu powrotnego. Tego typu rozwiązanie istnieje na świecie w układach ciepłowniczych o mocy 60 MW i swoją skutecznością potwierdza te założenia. W Polsce byłoby to!
zupełną nowością.
ODBIORCY CIEPŁA
Odbiorcy ciepła zostali podzieleni ze względu na wielkość zapotrzebowania na trzy grupy. Odbiorcy indywidualni, o mocach od kilku do kilkunastu kilowatów wyposażeni są w węzły cieplne typu kompaktowego, są to dwufunkcyjne wymienniki ciepła płytowe tzn. produkcja c.o. oraz ciepłej wody użytkowej w systemie przepływowym (tzn. bez zasobnika ciepłej wody).
Tak zwani odbiorcy średnioskalowi, stanowiący najczęściej pensjonaty, biura, szkoły, budynki użyteczności publicznej itp. oraz odbiorcy wieloskalowi stanowiący byłe obiekty ogrzewane z małych, lokalnych kotłowni węglowych wyposażeni są również w płytowe węzły kompaktowe, dwufunkcyjne dodatkowo wyposażone w automatykę pogodową z możliwością zaprogramowania wielu funkcji jak obniżenie nocne, wpływ wiatru itp. Wszystkie węzły wyposażone są w liczniki ciepła.
SYSTEM STEROWANIA
Cały układ ciepłowniczy będzie objęty systemem sterowania i zdalnej akwizycji danych-SCADA-w skład rozproszonego systemu wchodzą:
odwierty geotermalne wraz z pompownią wody geotermalnej
strefa ciśnieniowa 1 - stacja pomp w Szaflarach, kotłownia szczytowa w Nowym Targu
strefa ciśnieniowa 2 - stacja pomp Stachonie, stacja pomp Pozawodzie oraz stacja pomp i separacji ciśnienia w Poroninie
strefa ciśnieniowa 3 - stacje pomp Szymony i Stary Młyn oraz stacja pomp separacji ciśnienia Zakopane
strefa ciśnieniowa 4 - stacja pomp w Kościelisku
Łączna struktur systemu jest zbudowana modułowo i podzielona hierarchicznie na poziomy:
poziom sprzętowy - na który składają się elementy wykonawcze automatyki jak siłowniki zaworów, silniki pomp, czujniki temperatury, ciśnienia itp.
poziom sterowania i akwizycji danych - tworzone przez układy mikroprocesorowe (PLC) odpowiedzialne za przetwarzanie danych i realizujące lokalne algorytmy wynikające z technologii systemu ciepłowniczego, przetwarzane informacje wysyłane są do systemu nadrzędnego gdzie jest możliwość
bezpośredniej współpracy użytkownika ze sterownikiem
poziom operatorski - w skład tego poziomu wchodzą stanowiska komputerowe z zainstalowanym oprogramowaniem spełniające funkcję wizualizacji stanów pracy, wartości mierzonych, zdalne sterowanie urządzeniami wykonawczymi, archiwizacja danych pomiarowych, sygnalizacja stanów alarmowych.
Obiekty będące przedmiotem sterowania i monitorowania rozmieszczone są na dużym obszarze i pozostają w dużej odległości od siebie a z drugiej strony zachodzi konieczność koordynacji ich działania i hierarchicznego nadrzędnego sterowania wszystkich obiektów, dlatego też system musi być zintegrowany w tym rozumieniu, że informacje uzyskane jednym w obiekcie i wyniki ich przetworzenia będą natychmiast dostępne i możliwe do przetworzenia na innych obiektach. Dla zapewnienia wspomnianej powyżej integracji zastosowany będzie jednolity system transmisji danych pomiędzy poszczególnymi obiektami. Taka transmisja realizowana będzie za pomocą kabla światłowodowego ułożonego wzdłuż głównych ciepłociągów oraz rurociągu geotermalnego pomiędzy poszczególnymi obiektami.
W 1998 roku została uruchomiona jedna z dwóch jednostek produkcyjnych - Szczytowa Kotłownia w Zakopanem, drugą jest Ciepłownia Geotermalna w Bańskiej Niżnej. Jednostki te będą działały w dwóch niezależnych od siebie systemach cieplnych. Na rok 2000 przewidywane jest połączenie tych jednostek rurociągiem magistralnym, do tego czasu Miasto Zakopane będzie ogrzewane przy wykorzystaniu energii otrzymywanej z gazu. Całkowite zakończenie inwestycji planowane jest na rok 2005.
Głowica odwiertu geotermalnego Bańska IG-1
Niecka podhalańska, a dokładniej określając utwory eocenu węglanowego i podłoża mezozoicznego niecki stanowią ważny zbiornik wód termalnych obecnie eksploatowanych i wykorzystywanych do celów grzewczych (dublet otworów Bańska-IG 1 i Biały Dunajec PAN-1 - obszar koncesji spółki PEC GEOTERMIA PODHALAŃSKA S.A.) i rekreacyjnych (otwory Zakopane IG-1 i Zakopane-2 - obszar koncesji spółki POLSKIE TATRY
Stwierdzenie obecności wód termalnych w niemal wszystkich otworach wykonanych na Podhalu świadczy o zasięgu zbiornika od brzegu Tatr, gdzie znane są naturalne wypływy ciepłych wód i jaskinie, których genezę wiąże się z kresem termalnym, prawdopodobnie aż po strukturę pienińskiego pasa skałkowego stanowiącego naturalną barierę - północną granicę zbiornika wód termalnych.
Według obecnego rozpoznania strefa zasobna w wody termalne o najlepszych parametrach obejmuje północny rejon niecki .
Najlepsze parametry zbiornikowe w tym obszarze mają węglanowe utwory triasu (miąższość ok. 600 m) jednostki Białego Dunajca, a w mniejszym stopniu przykrywające je utwory eocenu numulitowego (głównie utwory węglanowe o zmiennej miąższości od 10 m do ok. 100 m).
Strefą zasilającą zbiornik wód termalnych Podhala jest masyw Tatr. Obszar strefy zasilania można ocenić na ok. 350 km2. Wody opadowe wnikają systemami szczelin w głąb wyniesionego masywu Tatr i przemieszczają się generalnie ku północy zgodnie z kierunkiem generalnego pogrążania się skał wodonośnych (głównie skały węglanowe triasu i eocenu) pod nieprzepuszczalny dla nich kompleks paleogeńskich warstw fliszowych (łupki i piaskowce). W miarę coraz głębszego wnikania w masyw skalny wody stopniowo się ogrzewają (stopień geotermiczny ok. 30 m). Na głębokości ok. 1000 m, w Zakopanem, wody mają temperaturę 26° C a na głębokości poniżej 2000 m w rejonie Białego Dunajca i Bańskiej osiągają temperaturę powyżej 80° C. Jednocześnie zwiększa się mineralizacja wód, oraz wzrasta ich ciśnienie w zbiorniku. Ciśnienie mierzone na głowicach otworów wiertniczych rośnie od 3 atm w otworze Skocznia IG-1, na brzegu Tatr, do 27 atm w otworze Bańska PGP-1 usytuowanym w pobliżu pienińskiego pasa ska!
łkowego. Gdyby nie szczelna pokrywa kompleksu fliszowego, którego miąższość przekracza w północnej części niecki 2700 m, zapewne mielibyśmy wzdłuż pasa skałkowego strefę gejzerów.
Artezyjski system geotermalny Tatry-Podhale stanowi fragment większego regionu geotermalnego rozwiniętego wokół Tatr.
Adam Mickiewicz "Dziady część III"