Ujęcie geotermalne które opracowałem wcześniej, wytyczało kierunek działania do realizacji w przyszłości.
Opracowanie które obecnie prezentuję, można realizować już dziś. Poprzednia wersja z dwoma odwiertami, wymagała użycia głowicy do wiercenia kierunkowego (np. poziomo), którą można pracować w temperaturze do + 160 °C (z uwagi na umieszczoną tam elektronikę). Temperatura na głębokości 9500 m wynosi 315 ºC, więc pozostało wykonanie jednego odwiertu pionowego z rurą powrotną wewnątrz. Po konsultacji telefonicznej z wykonawcami odwiertów głębinowych otrzymałem informację, że na dzień dzisiejszy można wykonać otwór wiertniczy na głębokość 9600 m. Według mojej koncepcji, niezbędna jest wewnętrzna średnica stalowej rury osłonowej Ø 230 mm. Aby taki parametr otrzymać, należy rozpocząć odwiert od średnicy 0,5 m, a może nawet 0,6 m.
Koszt standardowego otworu wiertniczego wynosi 10.000,- zł/m. W naszym przypadku przyjąłem 20.000,- zł/m, z uwagi na głębokość odwiertu, średnicę rury osłonowej, izolację termiczną oraz rurę wewnętrzną.
Do projektu przyjąłem izolację termiczną w postaci rur z muskowitu o przewodności cieplnej 0,22 W/m*K, o maksymalnej temperaturze pracy ciągłej 260 °C, wytrzymałości na ściskanie 200 N/mm², co daje 20.000 m słupa wody.
x
x
x
Prędkości przepływu medium grzewczego.
F 1 – 0,00785 m², prędkość – 4,0 m/s, prędkość – 6,0 m/s,
F 2 – 0,07068 m², prędkość – 0,444 m/s, prędkość – 0,666 m/s,
F 3 – 0,04901 m², prędkość – 0,641 m/s, prędkość – 0,962 m/s,
F 4 – 0,02788 m², prędkość – 1,126 m/s, prędkość – 1,689 m/s,
F 5- 0,02827 m², prędkość – 1,111 m/s, prędkość – 1,666 m/s,
F 6 – 0,03016 m², prędkość – 1,041 m/s, prędkość – 1,562 m/s,
F 7 – 0,02615 m², prędkość – 1,201 m/s, prędkość – 1,802 m/s,
Otwór zasilający – ciśnienie
(245 + 230)/2 = 237,5 ºC
817,0 KG/m³ dla 237,5 ºC wody
817,0 kg/m³ = 0,000817 kg/cm³
0,000817 kg/cm³ * 950 000 cm = 776,15 kg/cm²
Otwór powrotny – ciśnienie
(40 + 245)/2 = 142,5 ºC
924,0 KG/m³ dla 142,5 ºC wody
924,0 kg/m³ = 0,000924 kg/cm³
0,000924 kg/cm³ * 950 000 cm = 877,8 kg/cm²
Różnica ciśnień
877,8 – 776 15 = 101,65 kg/cm² ~ 100 kg/cm² [ at ]
Uwaga
Różnica ciśnień 100 [at] mówi nam, że po wprowadzeniu medium grzewczego za pomocą pompy wodnej w obieg, powstanie różnica ciśnień 100 [at], pomiędzy wodą zimną i ogrzaną w układzie. Pompa wodna będzie wówczas pełniła rolę turbiny wodnej produkującej energię elektryczną. Pompą wodną będziemy regulowali prędkość przepływu wody.
Uwaga
Układ będzie samonapędzający, czyli energia cieplna z głębokości 9500 m będzie wypływała na powierzchnię ziemi pod własnym ciśnieniem.
Moc turbiny wodnej
P = wysokość piętrzenia [m] * 10 * przepływ wody [m/s] * sprawność
P = 1016,5 m * 10 * (0,00785 * 4 ) = 319 KW
Uwaga
Moc turbiny wodnej należy pomniejszyć o opór medium grzewczego, płynącego w rurze wewnętrznej z prędkością 4 m/s do ~ 200 KW. Wielkość ta uzupełni moc końcową ujęcia geotermalnego.
Strata energii na izolacji termicznej.
1. 140 mm (30 ºC, 232º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 1500 * 3600)/0,14 * (232-40) = 646 186 790 J = 646,187 MJ P = 646,187 / 3,6 = 179 KW
2. 115 mm (50 ºC, 234º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 1500 * 3600)/0,115 * (234-50) = 716 563 560 J = 716,564 MJ P = 716,564 / 3,6 = 199 KW
3. 105 mm (87 ºC, 236º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 1500 * 3600)/0,105 * (236-87) = 635 524 630 J = 635,524 MJ P = 635,524 / 3,6 = 177 KW
4. 75 mm (119 ºC, 238º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 1500 * 3600)/0,075 * (238-119) = 710 592 180 J = 710,592 MJ P = 710,592 / 3,6 = 197 KW
5. 40 mm (163 ºC, 240º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 1500 * 3600)/0,04 * (240-163) = 862 115 520 J = 862,116 MJ P = 862,116 / 3,6 = 240 KW
6. 10 mm (205 ºC, 245º C)
P = 0,22 * (0,37698 * 2000 * 3600)/0,01 * (245-205) = 2 388 545 000 J = 2 388,545 MJ P = 2 388,545 / 3,6 = 664 KW
Razem P = 179 + 199 + 177 + 197 + 240 + 664 = 1 656 KW = 1,7 MW
Przepływ medium grzewczego
Q = 0,00785 m² * 4 m/s * 3600 s = 113,04 m³ / h
Moc ujęcia geotermalnego
P = m * q * <> T / t
P = 113 040 kg * 4189,9 * (190/36000) = 24 996 943 w/h ~ 25 MW
Po odliczeniu strat na izolacji termicznej
P = 25 – 1,7 = 23,3 MW
Uwzględniając turbinę wodną moc ujęcia geotermalnego wyniesie
P = 23,3 + 0,2 = 23,5 MW
Uwaga
Moc ujęcia geotermalnego wyliczona została dla prędkości przepływu medium grzewczego 4 m/s w rurze zasilającej Ø 120 mm. Prędkość tą możemy z łatwością zwiększyć o 50 % do 6 m/s, za pomocą turbiny wodnej, zainstalowanej w obiegu. Oczywiście pod warunkiem, że temperatura medium grzewczego w rurze zasilającej utrzyma się stale na poziomie 230º C. Dla prędkości 6 m/s będzie to moc maksymalna ciągła ujęcia geotermalnego i wyniesie:
P max = 23,3 * 1,5 = 34,95 MW ~ 35 MW
Ujęcie geotermalne będzie pracowało jako:
-
Geociepłownia o mocy 6 MW = 21,6 GJ (temperatura pracy40 ºC do 85 ºC)
-
Elektrownia geotermalna o mocy 17,5 MW. Jeżeli warunki gruntowo wodne pozwolą to uzyskamy maksymalnie moc ciągłą 29 MW. (temperatura pracy 86 ºC do 230 ºC)
Ad 1. Geociepłownia o mocy 21,6 GJ wytworzy ciepło o rocznej wartości 4 000 000 zł (licząc po 43 zł/ 1 GJ), lub 5 700 0000 zł (licząc po cenie gazu ziemnego czyli 61 zł/ 1 GJ).
Ad 2. Elektrownia geotermalna o mocy 17,5 MW (max 35 – 6 = 29,0 MW), która wytworzy prąd elektryczny liczony po 12 gr/kWh o wartości:
dla 17,5 MW dla 29,0 MW
-
na godzinę – 2 100,- zł 3 480,- zł
-
na dobę – 50 400,- zł 83 500,- zł
-
miesięcznie – 1 512 000,- zł 2 505 000,- zł
-
rocznie – 18 144 000,- zł 30 067 000,- zł
Prąd elektryczny sprzedawany będzie do strefy ekonomicznej po 24 gr/kWh, co zapewni dodatkowy zysk dla samorządu w miarę rozwoju strefy. Wartość w skali roku sprzedanej energii elektrycznej może być podwojona i wynieść:
dla 17,5 MW 18 144 000,- zł x 2 = 36 288 000,- zł / rok
dla 29,0 MW 30 067 000,- zł x 2 = 60 131 000,- zł / rok
Elektrownia atomowa w Polsce o mocy 3 000 MW, będzie kosztowała 50 000 000 000,- zł (50 mld zł). Poniżej artykuły:
http://polska.newsweek.pl/elektrownia-jadrowa-w-polsce-newsweek-pl,artykuly,279748,1.html
http://wyborcza.biz/biznes/1,100896,15352067,Rzad_przyjal_Program_Polskiej_Energetyki_Jadrowej_.html
http://www.wprost.pl/ar/204281/Pierwsza-polska-elektrownia-atomowa-bedzie-drozsza-niz-zakladano/
Ujęcie geotermalne o mocy 23, 5 MW (6 + 17,3 + 0,2), będzie kosztowało:
-
koszt uzbrojonego odwiertu – 20 000 zł/ 1 mb x 9500 m = 190 000 000,- zł
-
wymiennik ciepła, turbina parowa, turbina wodna – 30 000 000,- zł
RAZEM – 220 000 000,- ZŁ
6 MW- to ciepło, które wykorzystamy do ogrzania budynków takich jak sala gimnastyczna, szkoła, szpital, sąd, urzędy i inne. Oszczędności roczne z tego tytułu wyniosą 5 7000 000,- zł dla budżetu samorządu.
17,5 MW (29,0 MW) – to ciepło, które zamienimy na prąd elektryczny i sprzedamy go do sieci Enea po 12 gr/kWh lub do strefy ekonomicznej po 24 gr/kWh.
Koszt budowy 1 MW mocy w elektrowni atomowej wyniesie:
50 000 000 000,- zł / 3000 MW = 16 666 660,- zł
Koszt budowy 1 MW mocy ujęcia geotermalnego wyniesie:
220 000000,- zł / 17,5 MW = 12 571 428,- zł
W przeliczeniu na 1 MW mocy ujęcie geotermalne będzie tańsze w budowie od elektrowni atomowej.
12 571 428,- zł / 16 666 660,- zł = 0,75 * 100 % = 75 %
Proponowane ujęcie geotermalne wynosi 75 % kosztów budowy elektrowni atomowej, w przeliczeniu na 1 MW mocy zainstalowanej. Ponadto w ujęciu geotermalnym ciepło do ogrzewana budynków mamy za darmo.
Ujęcie geotermalne będzie najtańszym źródłem energii cieplnej i elektrycznej w Polsce. Wszelkie uwagi typu, że jest za drogie, są całkowicie bezzasadne.
Głębokość 9 500 m nie stanowi problemu w pozyskaniu energii.
Bariera istnieje w naszych umysłach, a w szczególności w umysłach polityków i biurokratów.
Energia będzie wypływała na powierzchnię pod ciśnieniem 100 at.
Przeciętny czas eksploatacji elektrowni atomowej wynosi 50 lat. Projektowane ujęcie geotermalne będzie użytkowane 500 lat.
Czas eksploatacji obiektu będzie 10-cio krotnie dłuższy.
Elektrownia atomowa wymaga paliwa radioaktywnego, które kosztuje i dodatkowo produkuje odpady radioaktywne.
Uruchomienie pierwszego ujęcia, a następnie kolejnych będzie dużym ciosem dla lobby na rzecz budowy elektrowni atomowych oraz węglowych. Niechęć i wrogość do mojej koncepcji odczuwałem wielokrotnie, gdy zasięgałem opinii ludzi pracujących w przemyśle wiertniczym.
Luty 2014 r. Opracował: Jerzy Celecki
Prawa autorskie zastrzeżone.