Geoterminė energija
Kėdainių Juozo Paukštelio pagrindinė mokykla
REFERATAS
Geoterminė energija
Darbą atliko: Vardenis Pavardenis
Mokytojos:
E. Lelevičienė
A. Juchnevičienė
2005m.
Kėdainiai
Įvadas
Viena iš labiausiai išplitusių Lietuvoje atsinaujinančių energijos rūšių yra geoterminė energija. Jos visuotinį, tačiau nevienodą pasiskirstimą Žemės gelmėse lemia įvairios geologinės sąlygos. Tuo tarpu kylantys gelmių Žemės šilumos srautai yra pakankamai stabilūs, ilgalaikiai ir nepriklauso nuo paviršiuje besireiškiančių gamtinių ir kt.procesų, o svarbiausia – ši energijos rūšis yra mažiausiai antiekologiška.
Atnaujintoje Lietuvos nacionalinėje energijos vartojimo efektyvumo didinimo programoje numatyta, kad vienas iš galimų vartoti atsinaujinančių energijos iišteklių yra geoterminė energija. Ji palankiomis gamtinėmis sąlygomis, įrengiant šilumos siurblius, galėtų būti vartojama gyvenviečių bei atskirų objektų šilumos tiekimui, daržininkystei, žuvivaisai, džiovinimo tikslams ir kt.
Lietuvoje, skirtingai nuo kitų šalių kaimynių, išskirtinai aukštu geoterminių išteklių potencialu pasižymi jos vakarinė dalis. Čia geoterminiame lauke fiksuojamas anomaliai aukščiausias ( apie 100 mW/m² ) šilumos srautas. Šio šalies regiono gelmėse slypinti geoterminė energija pasiskirsto įvairiose perspektyviuose, gręžiniais pasiekiamuose horizontuose. Vieno iš jų geoterminiais ištekliais šildymo tikslams jau naudojamasi Klaipėdos mieste. Yra perspektyvų įįrengti panašias jėgaines ir kitur, taip pat panaudoti geoterminę nergiją ne tik šildyti patalpas, bet ir daugeliui kitų praktinių tikslų – balneologijai, žemės ūkiui, o tolesnėje perspektyvoje – elektros energijos gamybai.
Turinys:
Įvadas…………………………2
Tikslai ir uždaviniai / Rezultatas……………………….4
Bendros žinios apie geoterminę energiją ir jjos panaudojimą…………..5
Geoterminės energijos išplitimo Lietuvoje geologinės sąlygos ir ištekliai……. .7
Klaipėdos pavyzdinės geoterminės jėgainės šilumos gamybos principinė schema..8
Geoterminės energijos panaudojimo galimybių Lietuvoje įvairovė………..9
Geoterminės energijos naudojimo pranašumų įvertinimo lentelė………..10
Mažo galingumo geoterminių sistemų kūrimas individualiuose būstuose……10
Geoterminės energijos išteklių panaudojimo Lietuvoje tolesnės galimybės…..11
Apklausa…………………………12
Literatūra…………………………12
Išvados…………………………13
Tikslai ir uždaviniai
• Trumpai apžvelgti geoterminės energijos panaudojimo patirtį ir įvairovę pasaulyje.
• Plačiau išnagrinėti jos išplitimo Lietuvos žemės gelmėse geologines sąlygas ir išteklius.
• Gilinti darbo kompiuteriu žinias.
• Supažindinti aplinkinius su geotermine energija.
Rezultatas
• Pavyko trumpai apžvelgti geoterminės energijos panaudojimo patirtį ir įvairovę pasaulyje.
• Plačiau išnagrinėjau jos išplitimo Lietuvos žemės gelmėse geologines sąlygas ir išteklius.
• Gilinau darbo kompiuteriu žinias.
• Supažindinau aplinkinius su geotermine energija.
Bendros žinios apie geoterminę energiją ir jos panaudojimą
Išsiskirianti iš žemės gelmių šiluma, arba geoterminė energija, yra ilgos žemės geologinės raidos istorijos nenutrūkstamas reiškinys, vykęs ir tebevykstantis ddėl besreiškiančių giluminių procesų. Žemė kasmet į paviršių generuoja per 10²¹ J ( džaulių ) šiluminės energijos ir nors tai apie 6000 kartų mažiau, nege žemė jos gauna iš saulės, tačiau tai pat labai didelis ir toli gražu neišnaudojamas energetikos potencialas.
Dėl daugelio geoterminės anarchijos pranašumų, ji jau keletą šimtmečių pritraukia vis didėjantį tyrėjų dėmesį, siekiant plačiau panaudoti šią itin perspektyvią atsinaujinančios energijos rūšį įvairiems praktiniams tikslams.
Žemės gelmių šilumą santykiškai reikia skirti į hidrogeoterminę ir petrogeoterminę. Hidrogeoterminę energiją gelmėse tturi sukaupę fluidai. Juos žmonija nuo seniausių laikų naudoja ritualiniams, buitiniams, o paskui ir energetiniams tikslams. 2004m.sukako 100 metų, kai Italijoje Larderello provincijoje 1904m. atliktas pirmasis geoterminės energijos panaudojimo generuojant elektros energiją eksperimentas. Dabar jau daugiau kaip 20 šalių, esančių aktyvaus vulkanizmo zonose, turi įsiriangusios geotermines elektrine. Jų bendras pajėgumas – apie 7mln. kW. Kitos šalys ( jų nemažiau kaip 70 ) mažiau įkaitusį ( 100 ºC ) vandenį panaudoja šildymo tikslams. Tačiau nors ekonominė nauda didžiulė, hidrogeoterminės energijos panaudojimas vis dar palyginti mažas. Tam trikdo įvairios priežastys – korozija, druskų iš vandens nusėdimas ir kt. Petrogeoterminiai ištekliai, slypintys gelmėse visur, pradedant 2-3 km ir iki 10 km yra nepalyginti didesni už karštų fluidų energijos išteklius. Jie gerokai viršija visus pasaulyje esančius kuro išteklius kartu paėmus.
Radikaliausia priemonė išvengti pavojų – panaudotą terminį vandenį supumpuoti atgal į sluoksnį. Tačiau supumpuoti vandenį reikia papildomų gręžinių, o jie didina geoterminės energijos gavybos kainą. Stengiantis sumažinti kaštus, susijusius su gręžinių įrengimu, didinamas gręžinių debitas, žeminant vandens lygį giluminiais siurbliais. Supumpuojamas atgal į sluoksnį vanduo įslegiamas. Tai vadinamoji cirkuliacinė geoterminė technologija.
Geoterminė cirkuliacinė sistema ir jos įranga:
Įvertinant kitų pagal geologines sąlygas Lietuvai artimų Europos šalių geoterminės energijos išteklių naudojimo patirtį, galima tvirtinti, jog vvisur, taikant cirkuliacinę geoterminę technologiją, šios energijos panaudojimas labiausiai išplito pastatų šildymo tikslams. Tokiais atvejais geoterminė energija visiškai ar iš dalies pakeičia organinį kurą šildymo sistemose.
Seklieji geoterminiai ištekliai – tai visur esantys geoterminiai ištekliai. Yra manančiųjų, kad tai saulės šiluma. Galbūt, bet šiuo atveju neturi reikšmės šilumos kilmė. Svarbiausia, kad šilumai išgauti taikoma geoterminė technologija.
2003 metais iš 500 MW naujai instaliuoto tiesioginio geoterminės energijos panaudojimo GŠS sudarė 90 procentų. Be to, jų indėlis
2003 m. buvo 745 GWh, o tai yra 67% visos geoterminės šilumos gamybos. Visos 1,1 TWh energijos ekvivalentas pagal CO2 išmetimų sumažinimą yra maždaug 300 000 tonų.
Seklaus gylio geoterminė energija, susidedanti iš geoterminių ir mišrių išteklių:
Akivaizdžios aplinkosaugos prielaidos, palyginti su naftos naudojimu, nes nėra transportavimo, saugojimo, požeminio vandens užteršimo ir kitos panašios rizikos. Geoterminės sistemos veikia be atliekų, prisidėdamos prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimų mažinimo.
Aplinkai palankios geoterminio šildymo sistemos įrengimas atsieina panašiai ar tik šiek tiek brangiau nei įprastos. Aplinkai palankių sistemų plitimą skatina numatomas įvesti 2006 m. CO2 mokestis. Kita spartaus GŠS plitimo priežastis yra „energetiniai kontraktai“ su komunikacinėmis įmonėmis. Tai reiškia, kad įmonė projektuoja, įrengia ir prižiūri sistemas savo sąskaita. Šilumą parduoda pastato savininkui už sutartą kainą.
Geoterminės energijos iišplitimo Lietuvoje geologinės sąlygos ir ištekliai
Lietuvos teritorija pagal geologinę padėtį žemės plutoje priskiriama prie seniai susiformavusios, pakankamai storos ir stangrios žemės plutos srities, vadinamosios Rytų Europos platformos, kurios geoterminė energijos potencialas didelėje jos teritorijoje yra gana mažas. Lietuvos vakarinė dalis ir artimi Baltijos jūros bei gretimų šalių rajonai išsiskiria anomaliai padidėjusiu geoterminės energijos išteklių potencialu, kurį sudaro dvi ryškios uolienų grupės – geoterminės energijos nešėjos : kristalinio pamato magninės kilmės ir nuosėdinės storymės jūrinės-kontinantinės kilmės uolienos.
Nuosėdinė danga slūgso ant kristalinio pamato uolienų ir yra geriausiai ištirta. Tai lėmė naudingųjų iškasenų, o ypač naftos ir požeminio vandens, paieška ir eksploatacija. Be to, lengviau prieinama gręžimu. Lietuvoje yra visų geologinių sistemų darinių, susidariusių atskirų geologinių laikotarpių jūrų baseinuose. Visos Lietuvos bendrame geologiniame pjūvyje geoterminiu požiūriu nuosėdinę dangą sudarančias uolienas pagal laidumą fluidams galima skirstyti į laidžias ir nelaidžias. Vakarinėje Lietuvos dalyje yra ne tik storiausia bendra nuosėdinė danga, bet ir storiausi laidžiųjų uolienų sluoksniai. Nuosėdinis dangos storis, arba kristalinio pamato gylis, Lietuvoje kinta nuo >2 200 m (Vakarų Lietuva) iki <100 m ( Pietų Lietuva ).
Nors žemės šiluma pagal savo potencialą yra neaprėpiama, tačiau praktiškai panaudoti galima tik nedidelę jos dalį. Skaičiuodami tą panaudojamą šilumos kiekį mokslininkai
naudojasi tam tikromis prielaidomis ir tai vadinama geoterminių išteklių įvertinimu. Praktiškai apskaičiuojamas tas geoterminės energijos kiekis, kuris gali būti pasiekiamas gręžiniais, atsižvelgiant į technologinę pažangą ir jų ekonomiškumą artimiausioje ateityje.
Hidrogeoterminių kompleksų prognoziniai geoterminiai ištekliai:
Hidrogeoterminis kompleksas Temperatūros kaita ºC Plotas km² (iki +20?C hidroizotermos) Prognoziniai ištekliai GJ*
Kambro 20-95 42444 5,1•10
D2tl-D2pr 20-57 22626 5,0•10
D2up-D2šv 20-37 13284 1,5•10
Visuma 20-95 – 11,6•10
*GJ – gigadžaulis (J )
Normalus geoterminis laukas
Didžiausią Lietuvos teritorijos dalį gelmėse, t. y. 1200 – 1800 m gylyje, užima vidutinio intensyvumo geoterminis laukas. Vandeningųjų kompleksų požeminiai vandenys turi +20 – +60 ºC temperatūrą, kurią gali panaudoti ccentralizuoti ir individualūs šilumos vartotojai.
Anomalus Vakarų Lietuvos geoterminis laukas
Lietuvos teritorijoje šis laukas išskiriamas pagal geoterminius parametrus (temperatūrą, šilumos srauto intensyvumą ir t.t.). Vakarų Lietuvos geoterminė anomalija – vakarinė dalis Jurbarko ir Kelmės, Klaipėdos, Plungės ir kitų rajonų teritorijos. Šiame geoterminiame regione galima statyti centralizuotas geotermines elektros ir šilumos jėgaines.
Žemų temperatūrų požeminio vandens išplitimas
Tai liečia praktiškai visą Lietuvos teritoriją, kurioje beveik visur išplitusiuose kvartero amžiaus ledyninės kilmės sluoksniuose aptinkama gruntinio požeminio vandens. Jo didesnės sankaupos slypi žžvyro, smėlio sluoksniuose, stambiuose lęšiuose, o mažesnės – laidžių uolienų prosluoksniuose, intarpuose ir pan. Čia vandens temperatūra 8 – 12 ºC, o gyliau slūgsančiose sluoksniuose ji pradeda didėti dėl kylančios geoterminės šilumos, vidutiniškai 3 º C kas 100 m. tai sseklieji geoterminė energijos ištekliai, kurie labai kaitūs ir todėl jų neįmanoma apskaičiuoti.
Klaipėdos pavyzdinės geoterminės jėgainės šilumos gamybos principinė schema:
Geoterminės energijos panaudojimo galimybių Lietuvoje įvairovė
Nacionalinėje energetikos strategijoje numatyta ik 2010 m. pasiekti, kad apie 12% pirminių energijos išteklių būtų pakeista vietiniais atsinaujinančiais ir atliktiniais energijos šaltiniais. Vienas iš atsinaujinančių energijos šaltinių neabejotinai yra geoterminė energija. Siekiant šio tikslo tikslinga parengti geoterminių išteklių panaudojimo programą, numatyti šios energijos naudojimo galimybes įvairiose ūkio šakose ir tuo tikslu parengti ir įgyvendinti pavyzdinius projektus, taip pat plėtoti jau pradėtus geoterminių išteklių naudojimo projektus ir didinti šios energijos vartojimo efektyvumą. Be to, skleisti visuomenėje ir ūkio šakų specialistams užsienio šalių geoterminės energijos panaudojimo patirtį.
Bendrą visų galimų Lietuvoje kurtis geoterminių cirkuliacinių stočių schemą sudaro ggeoterminio vandens įvairaus gylio gręžiniais pakėlimas, jo perdavimas į sistemas su šilumos siurbliais ir po to, sumažinus šilumą, grąžinimas per injekcinį gręžinį į sluoksnį.
Geoterminės šilumos jėgainės blokdiagrama:
Mažesnių sąnaudų ir techninių problemų sprendimo reikia kitiems galimiems geoterminės energijos panaudojimo atvejams. Jie pagal užsienio šalių patirtį siūlitini naudoti ir Lietuvoje : maistui konservuoti, pienui pasterizuoti, cementui, taip pat organinės kilmės medžiagoms džiovinti, sniegui ir ledui greitai tirpinti, grybams auginti, dirvai šildyti, žuvims veisti ir auginti bei kitur. Be abejo, geoterminės eenergijos įvairiašakį panaudojimą visada būtina sieti su pirmos svarbos patalpų šildymo tikslu. Vakarų Lietuvoje išvardytiems tikslams pasiekti yra dar viena palanki aplinkybė – čia naftos paieškoms pragręžta ir paskui užkoncervuota daug gylių gręžinių. Jų „atgaivinimas“ leistų taupyti nemažas lėšas būsimuose geoterminiuose objektuose.
Kartu su geoterminės energijos išteklių panaudojimu gerėtų ir ekologinė aplinkos būklė. Iš lentelėje pateiktų skaičių matyti, kiek sumažės degimo produktų išmetimas į aplinką, išreikštas JAV doleriais už toną teršalų, palyginti su alternatyviu mazuto naudojimu.
Geoterminės energijos naudojimo pranašumų įvertinimo lentelė:
Teršalų rūšis, JAV dol/t Aplinkosaugos pranašumai, JAV dol/t Socialiniai pranašumai, JAV dol/t Bendra nauda, JAV dol/t
CO2 45 – 45
SO2 1100 265 1365
NOX 2200 180 2380
Visų suminėtų veiksnių įvertinimas leistų visapusiškiau ir objektyviau nustatyti geoterminės energijos prioritetą gamtinės aplinkos apsaugos atžvilgiu.
Mažo galingumo geoterminių sistemų kūrimas individualiuose būstuose
Individualiems šilumos vartotojams ir šiandieną Lietuvoje gerai suprantama, kad iškastinio kuro naudojimas siejasi su gyvenamosios aplinkos tarša, žala žmonių sveikatai ir pasaulio klimato atšilimu. Tuo tarpu atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimas siejasi su aplinkos taršos mažinimu ir pasaulio atšilimo proceso lėtinimu. Pasaulio stebėjimo institutas po daugiamečių stebėjimų nustatė tiesioginę vidinės metinės žemės atmosferos temperatūros didėjimo ir kasmet įvairių nelaimių padaromų materialinių nuostolių dydžio priklausomybę.
Lietuvoje 1996 m. buvo pradėta naudoti lengviausiai pasiekiama šiluma, glūdinti1-100 m gylyje. Tokiame gylyje metinė požeminio vandens temperatūra yra nneaukšta, bet visada aukštesnė už 0 ºC. Išnaudoti žemą požeminio vandens – šilumos nešiklio temperatūrą, padidinti ją iki vartotojo poreikio padeda šilumos siurbliai. Lietuvoje tai nauja sekliosios geoterminės energijos išgavimo ir panaudojimo kryptis. Dabar geoterminiai ištekliai, viena iš alternatyvių atsinaujinančių ir ekologiškų energijos rūšių.
Pirmoji Lietuvoje geoterminė sistema, naudojanti žemos temperatūros gėlą požeminį vandenį:
Lentelėje pateikiama vandens, ištekančio iš šilumokaičio, jau atidavusio šilumą, laboratorinių tyrimų rezultatai. Tokio švarumo vanduo grąžinamas atgal į sluoksnį per specialiai įrengtą šulinį. Tai rodo, kad šilumos siurblys neteršia vandens.
Grąžinamojo vandens hidrocheminiai tyrimai:
(pagal Geologijos ir geografijos instituto laboratorijos duomenis, mg/l)
Gręžinio pavadinimas Na+K Ca Mg Cl HCO3 SO4 CO2 BM Kb pH T, ºC
Vykintas 18,5 124 4,86 47,6 305 44,8 61,5 393 6,58 7,15 12
Patalpas galima šildyti trimis būdais: tradiciniu ( per radiatorius ), grindų šildymu ir oro šildymu. Taigi vartotojas gali rinktis. Pigiausias yra oro šildymas. Iliustracijoje pateikiamas tipiškas Vidurio Europos namo šildymo pavyzdys:
Geoterminės energijos išteklių panaudojimo Lietuvoje tolesnės galimybės
Naudojant geoterminę energiją, sumažėtų teršalų į atmosferą emisija, kuri atsiranda šilumos gamybos procese deginant mazutą. Minėto tyrimo apytikriais skaičiavimais, dvylikai miesti rajonų per metus reikėtų 2 951 TJ šilumos, o jai pagaminti – 87 000 tonų mazuto, esant katilų naudingumo koeficientui 0,85. Įvertinus tai,kad pagaminus tradiciniu būdu GJ šilumos yra išskiriama 74 kg CO2, sieros junginių – 3,5 % nuo sudeginto mazuto svorio bei – 0,2 kg NOX, kkasmet į atmosferą būtų išmetama 220 000 tonų CO2, 6 000 tonų NOX.
Apklausa
-Ar žinote kas yra geoterminė energija?
Iš 30 įvairaus amžiaus apklaustųjų 21 žinojo kas yra geoterminė energija, o 9 ne.
Ar žinote kas yra geoterminė energija? TAIP NE
Apklaustieji 21 9
Literatūra:
1. A. Bičkus, V. Rastenienė, P. Suveizdis; „Geoterminės energijos išteklių naudojimas šalyje“ ; Vilnius; „Vilniaus spaustuvė“ ; 2004m.; 9 – 49 psl.
2. www.google.lt
3. www.mokslocentras.lt.
Išvados
Darbe trumpai apžvelgta geoterminės energijos panaudojimo patirtis ir įvairovė pasaulyje. Plačiau išnagrinėtos jos išplitimo Lietuvos žemės gelmėse geologinės sąlygos ir ištekliai. Parodyti konkretūs jau vykdomo šios energijos panaudojimo pavyzdžiai. Nubrėžtos tolesnio geoterminės energijos panaudojimo perspektyvos Lietuvoje. Šis leidinys skiriamas tiek specialistams (mokytojams), tiek ir plačiajam ratui skaitytojų.
Sąvokos
1. Cirkuliacinė geoterminė technologija – šilumos išgavimo technologija, kai geoterminis šilumos nešiklis uždaroje sistemoje yra pakeliamas iš vieno gręžinio ir atidavęs dalį šilumos per kitą gręžinį grąžinamas atgal.
2. Fluidai – žemės gelmėse esantys skysčiai ( garai, vanduo, sūrimas ).
3. Geoterminė anomalija – aukštu žemės šilumos intensyvumu išsiskirianti žemės plutos dalis.
4. Giluminis siurblys – siurblys, panardinamas į vandenį gręžinyje.
5. Hidrogeoterminė energija – potenciali požeminio vandens energija.
6. Injekcinis gręžinys – gręžinys, skirtas grąžinti geoterminėje technologijoje šolumą atidavusį vandenį atgal į sluoksnį.
7. Petrogeoterminė energija – potenciali uolienų sukaupta energija
