Geotermana energija Guzovic CTT.pdf - FESB

SEMINAR 

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE: 

Geotermalna energija 

Prof. dr.sc. Zvonimir Guzović 

Katedra za turbostrojeve 

Zagreb, 19. veljače 2010.

UVOD 

Geotermalna energija: 

• energija sadržana u Zemljinoj 

unutrašnjosti, slika 1; 

• uglavnom je to fosilna nuklearna 

energija; 

• snaga kondukcijskog toka iz 

Zemljine unutrašnjosti je 

42x10 12 W; 

• cjelokupna toplinska energija 

Zemlje je 12,6 x 10 24 MJ; 

• temperatura na 6000 km iznosi 

oko 5000 0 C, slika 2; 

• porast temperature po jedinici 

dubine naziva se geotermalni 

gradijent. 

Slika 1. Zemljina unutrašnjost 

(http://geothermal.marin.org) 

Slika 2. Temperatura Zemljine 

unutrašnjosti (http://geothermal.marin.org)

UVOD 

Izvor “čiste energije” pošto ispunjava za današnje vrijeme dva značajna 

koncepta pri iskorištavanju energetskih izvora: obnovljivost i održivost. 

Mnoga područja na Zemlji imaju dostupne geotermalne resurse, slika 3. 

Slika 3. Područja na Zemlji s najznačajnijim geotermalnim resursima 

(http://geothermal.marin.org)

UVOD 

Geotermalna energija nisko-temperaturnih izvora (do 100 0 C) može se 

“direktno” koristiti kao što prikazuje slika 4. 

a) b) c) 

d) e) f) 

Slika 4. Mogućnosti “direktnog” korištenja geotermalne energije: a- za kupanje i 

medicinske svrhe; b- zagrijavanje staklenika; c- uzgajanje riba; d- zaštita od 

poledice; e- zagrijavanje zgrada; f- dizalice topline (http://geothermal.marin.org)

UVOD 

Geotermalna energija visoko-temperaturnih (preko 200 0 C) i srednjetemperaturnih 

izvora (100 do 200 0 C) može se koristi za proizvodnju 

električne energije, slika 5. 

Slika 5. Korištenje geotermalne energije za proizvodnju električne 

energije u geotermalnoj elektrani (http://geothermal.marin.org)

DANAŠNJE NJE STANJE KORIŠTENJA GEOTERMALNE ENERGIJE 

U REPUBLICI HRVATSKOJ 

U Republici Hrvatskoj su 

dva bitno različita područja 

(slika 6): 

• Dinaridi i Jadran s 

geotermalnim gradijentom 

0,018 0 C/m, te 

• Panonski bazen s 

geotermalnim gradijentom 

0,049 0 C/m; 

• geotermalni gradijent za 

Europu iznosi 0,03 0 C/m. 

Stoga je jasno da se glavni 

geotermalni potencijali u 

Republici Hrvatskoj nalaze 

u Panonskom bazenu, 

slika 7. 

Slika 6. Geotermalni gradijenti za područje 

Republike Hrvatske (www.eihp.hr)

DANAŠNJE NJE STANJE KORIŠTENJA GEOTERMALNE ENERGIJE 


Slika 7. Lokacije 

geotermalnih ležišta u 

Republici Hrvatskoj 

(www.eihp.hr) 

Ukupno postoji 28 geotermalnih polja od kojih je 18 u uporabi 

rabi. 

U RH postoji višestoljetna tradicija iskorištavanja geotermalne energije iz 

prirodnih izvora u medicinske svrhe i za kupanje: brojne toplice 

(Varaždinske, Daruvarske, Stubičke 

Toplice, , Lipik, Topusko, itd.). 

Za potrebe individualnog grijanja prostora instalirano je oko 40 MW 

toplinske snage, dok se za kupanje koristi oko 80 MW toplinske snage. 

Za sada se geotermalna energija ne koristi za proizvodnju električne 

energije.

DANAŠNJE NJE STANJE KORIŠTENJA 

GEOTERMALNE ENERGIJE 


Tablica 1. Geotermalna polja u Republici Hrvatskoj s geotermalnom vodom 

toplijom od 100°C za proizvodnju električne energije (www.eihp.hr) 

Područje 

Bjelovar 

Bjelovar 

Ludbreg 

Đurđevac 

Karlovac 

Županja 

Lokacija (ležište) 

Velika 

Ciglena 

Velika 

Ciglena 

Lunjkovec 

Ferdinandovac 

Rečica 

Babina 

Greda 

Kategorija rezervi 

dokazane 

vjerojatno 

dokazane 

vjerojatne 

vjerojatne 

vjerojatne 

vjerojatne 

Dubina bušotina, m 

2 800 

2 800 

2 500 

2 500 

2 500 

2 500 

Način pridobivanja vode 

samoizljev. 

samoizljev. 

samoizljev. 

samoizljev. 

crpka 

samoizljev 

Izdašnost elementa razrade, 

m 3 /s 

0,11566 

0,347 

0,156 

0,1 

0,1 

0,2 

Temperatura vode, 0 C 

170 

170 

125 

125 

120 

125 

Broj bušotina na elementu 

(proizvodne + utisne) 

2 (1+1) 

5 (3+2) 

3 (2+1) 

3 (2+1) 

3 (2+1) 

2 (1+1) 

Mogući broj elemenata razrade 

1 

1 

10 

1 

1 

1 

Broj izrađenih / aktivnih 

bušotina 

2/0 

2/0 

3/0 

1/0 

1/0 

1/0

DANAŠNJE NJE STANJE KORIŠTENJA 

GEOTERMALNE ENERGIJE 


Tablica 2. Toplinska snaga srednje-temperaturnih 

geotermalnih polja u Republici Hrvatskoj (www.eihp.hr) 

MW (toplinska 

snaga) 

Iz već izrađenih 

bušotina 

Uz potpunu 

razradu ležišta 

do 50 0 C 

168,74 

755,79 

do 25 0 C 

218,07 

986,64 

Tablica 3. Procjena proizvodnje električne 

energije iz srednje-temperaturnih izvora u 

Republici Hrvatskoj (www.eihp.hr) 

MW (električna 

snaga) 

Iz već izrađenih 

bušotina 

Uz potpunu 

razradu ležišta 

10,95 

47,88

PROIZVODNJA ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ GEOTERMALNE ENERGIJE 

Danas se električna energija proizvodi iz geotermalne energije u tri tipa 

geotermalnih elektrana zavisno o temperaturi geotermalnog izvora 

(slika 8): 

1. geotermalne elektrane na suhozasićenu paru iz visoko-temperaturnih 

geotermalnih izvora (slika 9); 

2. geotermalne elektrane s jednostrukim ili dvostrukim isparavanjem 

geotermalne vode iz visoko-temperaturnih i srednje-temperaturnih 

geotermalnih izvora (slika 10); 

3. geotermalne elektrane s binarnim ciklusom, organskim Rankineovim 

ciklusom (ORC) ili Kalina ciklusom, na geotermalnu vodu iz srednje 

je- 

temperaturnih geotermalnih izvora (slika 11). 

Slika 8. Područja primjene osnovnih 

tipova geotermalnih elektrana zavisno o 

temperaturi geotermalnog izvora


Slika 9. Geotermalna elektrana na suhozasićenu paru


Slika 10. Geotermalna elektrana s dvostrukim isparavanjem geotermalne vode


Slika 11. Geotermalna elektrana s binarnim ciklusom – 

s organskim Rankineovim ciklusom (ORC)


Tablica 4. Pojedinačne i ukupna cijena instaliranja geotermalnih 

elektrana s isparavanjem i binarnim ciklusom snage 5 MW i više 

(prema SAD izvorima): 

Trošak 

Istraživanja 

i 

bušenja 

Postrojenja 

Ukupno 

Troškovi 

rada i 

održavanja 

Geotermalne elektrane 

s isparavanjem 

$700/kW 

$700-800/kW 

$1400-1500/kW 

1500/kW 

$100/kW po godini 

Geotermalne elektrane s 

binarnim ciklusom 

$500/kW 

$1600/kW 

$2100/kW 

$100/kW po godini 

Prema najnovijim Europskim izvorima: 

• cijena instaliranja geotermalnih elektrana s isparavanjem i binarnim 

ciklusom snage 5 MW i više je 1500 – 2000 € /kW odn. 2000- 2500 € /kW; 

• troškovi rad i održavanja su 1 – 3 €c; 

• sve to skupa daje cijenu električne energije uz 15-godišnji životni vijek, 

7,5% kamatu i 90% raspoloživost postrojenja 5 €c/kWh kod geotermalnih 

elektrana s isparavanjem i 5,8 €c/kWh kod geotermalnih elektrana s 

binarnim ciklusom.


Slika 12. Geotermalne elektrane danas proizvode preko 9730 MW električne 

energije u preko 20 zemalja Svijeta, opskrbljujući oko 60 milijuna ljudi, uglavnom 

u zemljama u razvoju

PROJEKT GEOTERMALNE ELEKTRANE VELIKA CIGLENA 

Karakteristike geotermalnog polja Velika Ciglena: 

• temperatura geotermalne vode 175 0 C; 

• proizvodnost bušotine 83 l/s; 

• tlak samoizljevanja 20 bar; 

• kamenac se počinje taložiti pri tlaku 

nižem od 20 bar; 

• geotermalna voda sadrži: 

42 g/l otopljenih minerala; 

27 m³ CO 2 /m³ H 2 O; 

59 ppm H 2 S;


S obzirom na temperaturu geotermalnog polja Velika Ciglena u prvi 

plan dolazi binarno postrojenje s ORC (slika 13) ili Kalina ciklusom 

(slika 14) nad kojima će biti provedeni termodinamički proračuni u 

svrhu usporedbe njihovih termodinamičkih karakteristika: 

Predložena binarna 

postrojenja 

Organski Rankine 

Ciklus (ORC) – slika 13 

Kalina ciklus – 

slika 14 

Radni fluid: izopentan 

(C 5 H 12 ) 

maseni protok: 80,13 kg/s 

Radni fluid: NH 3 -H 2 O 

(88,5 %NH 3 ) 

maseni protok: 35,72 kg/s 

Uvjeti kod termodinamičkog proračuna: 

• hlađenje geotermalne vode sa 175°C na 69°C, i 

• srednja godišnja temperatura zraka za hlađenje 15°C.


Slika 13. Organski Rankineov Ciklus (ORC) binarne geotermalne elektrane Velika 

Ciglena: a) toplinska t shema postrojenja (TB-parna turbina; GN-električni 

generator; EV-isparivač; PH-predgrijač; AC-zračni kondenzator; PP-napojna 

pumpa; HPP-visokotlačna pumpa geotermalne vode); b) T-s dijagram ciklusa


Slika 14. Kalina ciklus binarne geotermalne elektrane Velika Ciglena: : a) toplinska t 

shema postrojenja (TB-parna turbina; GN-električni generator; EV-isparivač; HTRvisokotlačni 

predgrijač; LTR-niskotlačni predgrijač; SP-separator; MX-mikser; TRprigušni 

ventil; AC-zračni kondenzator; PP-napojna pumpa; HPP-visokotlačna 

pumpa geotermalne vode); b) T-s dijagram ciklusa


Tablica 5. Rezultati termodinamičkih proračuna ORC i Kalina ciklusa 

Ukupna snaga ciklusa, kW 

Snaga za pogon napojne pumpe, kW 

Neto snaga ciklusa, kW 

Termodinamička iskoristivost ciklusa, % 

Snaga na stezaljkama električnog 

generatora, kW 

Snaga za pogon ventilatora zračnog 

kondenzatora, kW 

Snaga za pogon visokotlačne pumpe 

geotermalne vode, kW 

Snaga na pragu elektrane, kW 

Iskoristivost na pragu elektrane, % 

ORC 

5400 

130 

5270 

14,1 

4925 

326 

510 

4089 

10,9 

Kalina 

4085 

136 

3949 

10,6 

3725 

343 

510 

2872 

7,7


Na temelju dobivenih rezultata termodinamičke 

analize mogu se izreći 

sljedeći zaključci: 

• u konkretnom slučaju 

srednje-temperaturnog 

geotermalnog 

izvora s visokom temperaturom geotermalne vode (175°C) 

ORC je termodinamički 

bolji od Kalina ciklusa; 

• prednosti Kalina ciklusa mogu doći do izražaja 

aja u slučaju 

srednje-temperaturnih geotermalnih izvora s relativno nižom 

temperaturom turom vode (120( 

120-125°C) 

C); 

• relativno visoka temperatura zraka za hlađenje u kondenzatoru (15°C) 

ima nepovoljniji utjecaj kod Kalina ciklusa nego kod ORC; tlak 

kondenzacije kod Kalina ciklusa je 8 bar spram 1,055 bar kod ORC.


Tablica 6. Usporedba ORC i Kalina ciklusa s tehničkog 

i ekološkog aspekta 

ORC 

Kalina ciklus 

Složenost postrojenja (ciklusa) 

Jednostavniji a sastoji se od: 

•Pumpa geotermalne vode 

•Evaporator 

•Turbina 

•Kondezator 

•Pumpa radnog fluida 

•Predgrijač 

Složeniji a sastoji se od: 

•Pumpa geotermalne vode 

•Evaporator s mikserom 

•Turbina 

•Kondezator s mikserom 

•Pumpa radnog fluida 

•Predgrijač 

Složenost opreme 

Povoljnija fizikalna svojstva medija omogućuju 

veću iskoristivost evaporatora, turbine, pumpe i 

kondenzatora. 

Prisutnost vode u mješavini radnog medija 

nepovoljnije utječe na rad evaporatora, turbine, 

pumpe i kondenzatora. 

Radni fluid i njegov utjecaj na okoliš 

Izopentan, zapaljiv ali nije škodljiv za okoliš i 

nije agresivan na materijal elemenata 

postrojenja. Godišnji gubici radnog fluida su 

manji zbog jednostavnijeg i efikasnijeg 

brtvljenja turbine. 

Radni fluid mijenja sastav. 

Amonijak je škodljiv po okoliš i agresivan na 

materijal elemenata postrojenja. 

Godišnji gubici radnog fluida su veći zbog 

složenijeg brtvljenja turbine. 

Radni fluid i njegov utjecaj na komponente postrojenja 

Zbog niske gustoće i niže latentne topline 

lakohlapljivih ugljikovodika nema opasnosti od 

kavitacije napojne pumpe. 

Tijekom procesa ekspanzije radni fluid je 

pregrijana para pa nema problema s erozijom 

lopatica turbine. 

Postoji opasnost od kavitacije napojne pumpe. 

Tijekom procesa ekspanzije radni fluid je vlažna 

para pa postoje veliki problemi s erozijom 

lopatica turbine.


Nastavak tablice 6. Usporedba ORC i Kalina ciklusa s 

tehničkog i ekološkog aspekta 

ORC 

Kalina ciklus 

Manji zbog jednostavnijeg ciklusa pa 

shodno tome i jednostavnije opreme 

izvedene od jeftinijeg materijala. 

Investicijski troškovi 

Konstrukcija komponenti postrojenja 

Turbina ima tek nekoliko stupnjeva u kojima 

se specifični volumen mijenja neznatno, što 

pozitivno djeluje na njenu unutarnju 

iskoristivost. Brzina vrtnje rotora je također 

niža što doprinosi mehaničkoj sigurnosti 

turbine (niža naprezanja), a također nema 

problema u slučaju momenta kratkog spoja. 

Veći zbog složenijeg ciklusa pa 

shodno tome i složenije opreme 

izvedene od skupljeg materijala. 

Složenija konstrukcija pošto se 

ne može koristiti unutarnje 

ležajeve zbog agresivnog radnog 

fluida. 

Brtvljenje puno kompliciranije. 

Niži zbog neagresivnog radnog fluida. 

Potrebna zaštita od požara. 

Troškovi održavanja postrojenja 

Pouzdanost 

Velika, prema dostupnim referencama i 

velikom broju postrojenja u eksploataciji. 

Viši zbog agresivnog radnog 

fluida. Vrlo intenzivna korozija I 

erozija. 

Niska, prema dostupnim 

referencama i malom broju 

postrojenja u eksploataciji.


Na temelju dobivenih rezultata termodinamičke 

analize te usporedbe s 

tehničkog i ekološkog kog aspekta binarnih postrojenja s ORC i Kalina 

ciklusom mogu se izreći i sljedeći i zaključci: 

• uz relativno visoku prosječnu 

temperaturu zraka za hlađenje u 

kondenzatoru (15°C) 

i visoku temperaturu geotermalne vode 

konkretnog srednje-temperaturnog 

geotermalnog polja Velika Ciglena 

(175°C) 

ORC je termodinamički bolji od Kalina ciklusa; 

• postrojenje s Kalina ciklusom je znatno skuplje zbog svoje složenosti 

uvjetovane između u ostalog jako otrovnim i agresivnim (korozivnim) 

radnim fluidom; 

• postoje brojna binarna postrojenja s ORC sa stotinama instaliranih 

MW diljem svijeta, dok je trenutno u pogonu samo jedno binarno 

postrojenje s Kalina ciklusom (geotermalna elektrana Husavik na 

Islandu) ) koje je ukazalo na znatne poteško 

koće tijekom rada; 

• kako za geotermalno polje Velika Ciglena tako i ostale geotermalne 

izvore s nižim temperaturama u Republici Hrvatskoj (Lunjkovec, 

Ferdinandovac, Babina Greda i Rečica) predlaže se primjena binarnih 

postrojenja s ORC.


• Projekt su zajednički pokrenuli INA, HEP i grad Bjelovar, no izradom 

studije isplativosti te dolaskom recesije, od gradnje se odustalo, a jedina 

zainteresirana je ostala tvrtka GEOEN d.o.o; 

• Tvrtka GEOEN d.o.o., je temeljem Rješenja o predhodnom 

energetskom odobrenju stekla status nositelja projekta te je time dobila 

nalog od Ministarstva gospodarstva-Upravnog odjela za energetiku da 

poduzme sve radnje u svrhu realizacije ovog projekta; 

• INA je nakon povlačenja iz projekta na korištenje ostavila bušotine na 

tom području, a nakon dobivanja dozvole za eksploataciju polja, 

prethodnicu rudarske koncesije, GEOEN d.o.o. će INA-i vratiti njezina 

sredstva kroz koncesijsku cijenu; 

• Projekt se trenutno nalazi u fazi ishođenja građevinske dozvole; 

• Projektnu dokumentaciju razvijaju ENERKON d.o.o. i INA d.d., dok su 

konzultanti na projektu FSB i RNG; 

• Bit će ugrađena oprema, binarno postrojenje s ORC, najpoznatijeg 

svjetskog proizvođača Ormart Systems-a koji je i potencijalni investitor; 

• Ugovor o prodaji električne energije se sklapa sa Hrvatskim operatorom 

tržišta energije (HROTE) na 12 godina, a poticajna cijena električne 

energije iz geotermalnih elektrana za 2009. je 1,37 kn/kWh.


Slika 15. Geografski položaj Geotermalne elektrane “Marija 1” – 

Velika Ciglena


Slika 16. Izgled buduće Geotermalne elektrane “Marija 1” – 

Velika Ciglena


Slika 17. Izgled buduće Geotermalne elektrane “Marija 1” – 

Velika Ciglena


Slika 18. Druga faza 

projekta: izgradnja uz 

Geotermalnu elektranu 

“Marija 1” – Velika Ciglena 

staklenika i spa


HVALA NA PAŽNJI! 

(zvonimir.guzovic@fsb.hr) 

Slika 19. Budući spa u okviru Geotermalne elektrane “Marija 1” – 

Velika Ciglena

Geotermana energija Guzovic CTT.pdf - FESB

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?