Wiele osób sądzi, że geotermia to wykorzystywanie energii odnawialnej. Dzisiaj zajmę się omówieniem tego zagadnienia w odniesieniu do gęstości strumienia cieplnego Ziemi dla ciepłowni geotermalnej o mierzonej w megawatach. W Polsce strumień cieplny nie należy do wysokich, maksymalnie osiąga on 150 mW/m2 w obszarach bez utworów mezozoiku, w którym występują skały zbiornikowe o dużej pojemności dla wód oraz solanek. Oznacza to, że kilometr kwadratowy powierzchni generuje 150 kW energii cieplnej (0,150 W x 1000 X 1000).
Po lewej: Mapa gęstości strumienia cieplnego Ziemi na terenie Polski (wg Szewczyk, Gientka, 2009) Po prawej: Gradient geotermiczny na terenie Polski (wg Majorowicz, Plewa, 1979)
Ile ciepła dopływa do obszarów o średniej gęstości strumienia cieplnego? Obliczenia przeprowadzimy dla kilku czasów zatłaczania: doba, rok, 10, 20 i 30 lat. Ponieważ wiemy, że W = J/s a mW = 0,001 J/s nie boimy się pójść dalej i przeliczymy ile tego ciepła dotrze do obszaru, którym jesteśmy zainteresowani w ciągu 30 lat, bo na tyle lat przewiduje się zwykle działalność projektowanego zakładu geotermalnego.
Tabela 1: Długość dnia, roku, 10, 20 i 30 lat w godzinach, minutach i sekundach przydatna do oceny ciepła dostarczanego z Ziemi na podstawie map gęstości strumienia cieplnego dla Polski, wynoszącego średnio około 75 mW.
| |
Godzin
|
Minut
|
Sekund
|
Sekundy
|
0,075 W x sek.
|
|
Dzień
|
24
|
1440
|
86400
|
86,4 x 103
|
6,48 x 103 J
|
|
Rok
|
8760
|
525600
|
31536000
|
31,5 x 106
|
2,36 x 106 J
|
|
10 lat
|
87600
|
5256000
|
315360000
|
315 x 106
|
23,6 x 106J
|
|
20 lat
|
175200
|
10512000
|
630720000
|
630 x 106
|
47,2 x 106 J
|
|
30 lat
|
262800
|
15768000
|
946080000
|
946 x 106
|
71 x 106 J
|
Pojemność cieplna 1 m3 solanki wynosi około 4 MJ
Pojemność cieplna 16 m3 wędrującej przez górotwór solanki wynosi około 64 MJ
Strumień cieplny średniej gęstości rzędu 75 mW/m2 może podgrzać w ciągu 30 lat wędrówki schłodzoną o 35oC solankę o miąższości 16 m zaledwie o 1,1 stopienia Celsjusza.
71 MJ może podgrzać o 35oC warstwę solanki o miąższości zaledwie 0,5 metra.
Strumień cieplny maksymalny 150 mW/m2 da podwójny efekt równy 2,2oC dla rozważanego przykładu oraz ogrzanie wody o miąższości 1 metra. Wtedy będzie spełniony postulat odnawialności zasobów ciepła w eksploatowanej warstwie. Efektu takiego można się spodziewać w skałach szczelinowatych, w których jest mała objętość wód, skały akumulują dużo ciepła a woda chodzi swoimi drogami, których nie znamy. Grawitacja pomaga cięższym wodom schłodzonym spaść z impetem na dno lokalnego piekła by tam się wygrzewać.
Kiedy temperatury w górotworze mają szansę wygrzać potężne wychłodzisko z przykładu? Stanie się to po około 1000-leciu lub 500-leciu. W ten sposób dochodzimy do wniosku:
Gęstość strumienia cieplnego ma znikomy wpływ na odnawialność zasobów ciepła wychłodzisk utworzonych przez geotermalne ciepłownie przemysłowe o dużej mocy
Gęstość strumienia cieplnego jest o tyle ważna, że jest powiązana z gradientem geotermicznym, a tym samym z temperaturą skał zawodnionych i suchych na każdej głębokości. Tak jednak w Polsce jest, że najpojemniejsze zbiorniki wód i solanek znajdują się tam, gdzie gradient jest niższy.
Gradient w Niecce Podhalańskiej jest niewiele wyższy od 20 mW/m2, z tym że jest to gradient kopalny i linia regresji gradientów przecina oś temperatur na powierzchni terenu daleko od tego co zwykle przyjmujemy, od kilku do 10oC. Na 200 m od powierzchni terenu w Bańskiej zarejestrowano temperaturę 30,5oC, w Maruszynie 27,3oC m a w Zakopanem już „tylko” 15,6oC. Nie jest to jedyne miejsce w Polsce, gdzie takie odstępstwa od reguły występują. Odkryta i opisana na stronach PIG wieczna marzłoć w północno wschodnim narożniku Polski (mapa gęstości strumienia cieplnego) uchowała się do teraz na głębokości 300 m z temperaturą poniżej zera od czasów wielkich zlodowaceń.
https://www.youtube.com/watch?v=yw71IMZDkL0
Kolejnym cudem natury związanym z daleką przeszłością są słodkie wody o temperaturze 71oC na wypływie w Poddębicach. Sądzę, że jest to woda polodowcowa i zastanawiam się ile wody przepłynęło tymi podziemnymi strumieniami, jak wysoki był lodowiec gwarantujący spadek hydrauliczny i gdzie były w przeszłości wypływy tej wody na powierzchnię. Wynik tego otworu to prawdziwy cud natury. Jest tam nadal ciepło, bo jeśli wychłodzisko powstało w epoce lodowcowej, to miało bardzo dużo czasu na zabliźnienie rany, czyli na wyrównanie pola termicznego na stale rosnące w głąb ziemi.
Wykształcenie techniczne, praca w zawodzie.
Do pisania na S24 namówił mnie wnuk Jędrzej.
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Polityka
