geotermală

Directiva 2010/31/UE privind performanța energetică a clădirilor stabilește o obligație de a reduce consumul de energie cu 20% până în 2020, crescând în același timp ponderea surselor regenerabile de energie (SRE). Pentru a atinge acest obiectiv, este necesar să procedăm la reconstrucția clădirilor vechi, la construcția de clădiri pasive și cu consum redus de energie și mai ales la creșterea ponderii SRE pentru a furniza energia necesară în special pentru încălzire, apă caldă și, nu în ultimul rând, producerea energiei electrice.

Creșterea ponderii surselor regenerabile de energie (SRE) în producția de energie termică și electrică pentru a crea resurse suplimentare adecvate necesare pentru a satisface cererea internă este una dintre prioritățile de bază ale politicii energetice a Republicii Slovace. Slovacia depinde de importurile de surse primare de energie termică.

Rusia este principalul furnizor de aproape 89% din gaze naturale. Criza gazelor naturale la începutul anului 2009 a fost o situație fără precedent, când livrările de gaze rusești prin Ucraina către Slovacia au fost întrerupte complet timp de câteva zile. În această perioadă de criză, securitatea aprovizionării cu energie termică s-a dovedit vulnerabilă la gradul ridicat de dependență a sectorului termic de gazul natural. În ceea ce privește rezervele de surse individuale de energie pe teritoriul Republicii Slovace, se poate afirma că numai sursele regenerabile de energie pot juca un rol în reducerea dependenței globale de importurile de gaze naturale. Se confirmă faptul că utilizarea SRE ca sursă internă de energie crește într-o oarecare măsură securitatea și diversificarea parțială a aprovizionării cu energie și, în același timp, reduce dependența economiei de prețurile volatile ale petrolului și gazelor. Utilizarea lor se bazează pe tehnologii avansate și ecologice și contribuie la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră și de poluanți în aer.

În sistemele de încălzire urbană (SCZT), gazul natural este utilizat în principal ca combustibil. Atunci când se utilizează sau se aplică RES, energia geotermală (GE) este una dintre cele mai promițătoare.
Utilizarea mai intensivă a acestei energii ar trebui să contribuie la reducerea dependenței de importuri și la creșterea ponderii utilizării SRE în satisfacerea nevoilor de căldură și energie din sistemele de termoficare. Energia geotermală merită o atenție sporită datorită condițiilor hidrogeologice din regiunile Slovaciei. Metoda de proiectare a unei astfel de surse de energie și aplicarea acesteia în sistemele de încălzire urbană este conținută în STN EN 15316: 2007 în partea 4-5.

Starea actuală de utilizare a energiei geotermale
Douăzeci și șase de zone potențiale și structuri adecvate pentru extragerea și utilizarea surselor de energie geotermală cu acumularea apelor geotermale cu temperaturi cuprinse între 25 și 150 ° C sunt definite în Slovacia. Până în prezent, 160 de surse geotermale (foraje, izvoare etc.) cu o temperatură a apei de la from0 = 15,7 până la 126,0 ° C au fost înregistrate în Slovacia. Fântânile geotermale au fost forate în intervalul de adâncime de la h = 40,0 până la 3,700 m. Majoritatea zonelor au o temperatură a apei potrivită pentru încălzirea apartamentelor și a spațiilor industriale. Potențialul energetic total al apelor geotermale în zonele definite este Q` = 5.538 MW.

Apa geotermală este utilizată în sistemele de energie geotermală în scopuri agricole - pentru a furniza căldură pentru încălzirea serelor, a serelor și pentru încălzirea solului. Se pune un accent din ce în ce mai mare pe furnizarea de căldură pentru încălzirea clădirilor, apartamentelor, clădirilor socio-economice, sunt cunoscute și aplicații pentru prepararea apei tehnologice în piscicultură și mai ales în domeniul turismului pentru nevoile piscinelor băilor termale .

Primul proiect geotermal (sistem de energie geotermală cu utilizare parțial închisă), construcția unei stații de reinjecție în Podhájská, a fost finalizat în 1994. În 1996, primul centru de încălzire geotermală cu un sistem deschis și o capacitate de 8 MWt a fost pus în funcțiune în Galanta. În 2008, a fost construită zona piscinei termale Galandia din Galanta, ceea ce a dus la o utilizare mai eficientă a energiei geotermale în această localitate. În ultimii ani, implementarea proiectelor care utilizează energie geotermală a început în bazinul Košice, în Bešeňová, în Oravice și în Poprad. În același timp, au fost pregătite studii tehnice și economice privind utilizarea energiei geotermale în diferite localități de pe teritoriul Republicii Slovace.

Sistem DH conform STN EN 15316
Sistemele de încălzire din clădiri și metodele de calcul a cerințelor energetice ale sistemelor și eficienței sistemelor sunt tratate în fișierul STN EN 15316.

Utilizarea energiei geotermale ca sursă de căldură pentru încălzire și apă caldă în clădiri este menționată în principal în legătură cu sistemele centralizate de alimentare cu căldură. Producția de căldură, proprietățile și calitatea alimentării cu căldură centralizate și a sistemelor cu volum mare sunt conținute în STN EN 15316 în partea 4-5, care caracterizează SCZT, părțile sale și conține, de asemenea, o metodă de calcul al unui astfel de sistem. Cu toate acestea, nu conține o metodă pentru calcularea SCZT, în care energia geotermală este utilizată ca sursă.
Conform acestui standard, economia SCZT este evaluată prin împărțirea acestuia în două părți (Fig. 1):

  • parte de consum - sistem de încălzire în clădirea dată (A),
  • parte sursă și distribuție situată în afara clădirii - sistem centralizat de alimentare cu căldură (B).

Partea internă sau sistemul de încălzire din clădire (zona A) constă dintr-o stație de transfer de căldură la domiciliu (OST), incluzând toate dispozitivele de la primar prin partea secundară până la elementele finale ale sistemului (radiatoare) din clădire. Stația de transfer de căldură este evaluată în funcție de necesitățile sale secundare de energie. Aceasta înseamnă că OST-ul de acasă din clădire poate fi considerat un înlocuitor pentru echipamentul de producere a căldurii din clădire.

Partea exterioară sau partea situată în afara clădirii (zona B) este un sistem centralizat de alimentare cu căldură, care constă din echipamente pentru producerea căldurii și distribuția rețelelor de căldură până la partea primară a stațiilor de transfer de căldură din clădirile furnizate. Toate echipamentele necesare funcționării întregului SCZT sunt incluse aici. Această parte este evaluată în funcție de echilibrul consumului de energie primară pentru producția de căldură și căldură furnizată OST în clădire.

Factorul de energie primar SCZT
Eficiența sistemului de termoficare este evaluată prin evaluarea factorului de energie primară fP, dh al unui SCZT specific. Conform standardului menționat, energia primară este definită ca energia care nu a făcut obiectul niciunui proces de conversie sau transformare. Energia primară include energie neregenerabilă și regenerabilă. Factorul total de energie primară pentru un anumit purtător de energie este definit ca energie primară neregenerabilă și regenerabilă împărțită la energia furnizată, unde energia primară reprezintă cantitatea de energie necesară pentru a furniza o unitate de energie furnizată, luând în considerare energia necesară pentru extracție, prelucrare, stocare, transport, producție, transformare, transport, distribuție și orice alte operațiuni necesare pentru furnizarea de energie clădirii în care va fi utilizată energia furnizată.

Factorul SCZT este definit ca raportul dintre intrarea cantității de energie primară în PE, în sistem și cantitatea de căldură Qdel furnizată până la limita clădirilor furnizate, adică la partea primară OST a clădirilor. Aceasta înseamnă că sunt luate în considerare pierderile de căldură ale sistemului de distribuție a căldurii, precum și alte energii utilizate pentru extracția, pregătirea, purificarea, procesarea și transportul combustibililor pentru producerea căldurii. Simplu spus, factorul de energie primară reprezintă creșterea energiei de la aprovizionare la locul de utilizare.
Factorul de energie primară SCZT se calculează după cum urmează:

unde fP, dh este factorul primar de energie (-)
EP, în - cantitatea de energie primară care intră în SCZT (MWh)
Qdel - reprezintă cantitatea de căldură furnizată la limita clădirilor OST furnizate (MWh).

Pierderile de căldură și energia suplimentară pentru OST în clădiri nu sunt luate în considerare ca parte a sistemului de termoficare, ci ca parte a sistemului de încălzire a clădirii (Fig. 1).


FIG. 1 Sistem de evaluare a rentabilității SCZT
1 - alimentare cu combustibil (gaz, energie geotermală), 2 - sursă de căldură, 3 - rețea de distribuție a căldurii, 4 - OST în clădire, 5 - acumulare de căldură în distribuție, 6 - distribuție în clădire, 7 - transfer de căldură (încălzire element), 8 - cerere de căldură pentru încălzire, A - sistem de încălzire a clădirii, B - ACM

Bilanțul energetic al SCZT
Pentru a asigura cererea de căldură pentru un complex rezidențial care utilizează energie geotermală în sistemul de alimentare cu căldură centralizată (Fig. 2), sursa principală și de bază de căldură este o fântână geotermală. O sursă de căldură de rezervă sau de vârf pentru gazul natural (sau biomasă) este disponibilă pentru a acoperi consumul de vârf sau în cazul unei defecțiuni a sursei principale. Factorul de energie primară al unui astfel de sistem este mult mai mic decât factorul de energie primară al unui sistem cu sursă de căldură combustibil fosil.


FIG. 2 Metoda de echilibrare a energiei sistemului DH cu sursă de energie geotermală
A - limita sistemului SCZT, B - sursă de căldură superioară, C - sursă de energie de bază (puț geotermic), D - schimbător de căldură al sursei primare de căldură, E - sistem de încălzire în clădire, 1 - alimentare cu combustibil (gaz, biomasă) 2 - energie electrică pentru acționarea pompei, 3 - rețea de distribuție a căldurii

Din fântâna geotermală (C) apa geotermală este transportată la ergocentru (D), unde este pregătit mediul de transfer de căldură pentru SCZT. O sursă de energie de top (B) este utilizată pentru a acoperi vârfurile SCZT. Se compune din cazane pentru gaze naturale sau biomasă. Această sursă este utilizată în funcție de parametrii fântânii geotermale și de temperatura aerului din exterior. Cursul duratei cererii de căldură este prezentat în FIG. 3. Aceasta implică faptul că cea mai mare parte a energiei va proveni din apă geotermală. Cea mai mare cantitate de energie electrică în alimentarea clădirii cu căldură obținută dintr-o fântână geotermală este utilizată pentru acționarea pompelor. Acest lucru reduce complexitatea economică a întregului sistem, ca să nu mai vorbim de reducerea sarcinii asupra mediului prin emisii.


FIG. 3 Diagrama consumului de energie în SCZT cu sursă geotermală și cameră de încălzire superioară

Aproximativ 90% din puțurile geotermale din Republica Slovacă sunt pozitive, adică fără a fi nevoie de pompe submersibile submersibile, eliminând astfel nevoia de energie electrică. În cazul proiectului Galanta, sursa dominantă de căldură sunt două puțuri geotermale FGG-2 și FGG-3, iar cererea maximă de căldură este acoperită de camera de încălzire a apei calde. În ceea ce privește procentul de alimentare cu căldură, 88-95% este furnizat dintr-o sursă geotermală, iar restul este furnizat dintr-o cameră de încălzire cu gaz natural de ultimă generație.

Cantitatea de energie primară EP, în cazul unui astfel de sistem, constă în electricitate pentru sursa de energie primară (apă geotermală) pentru a acționa pompele atât pe partea primară, cât și pe cea secundară și alimentarea cu combustibil (gaz natural) către sursa de energie de vârf precum și electricitatea necesară funcționării unei surse de top (pompe de circulație, cazan).

Factorul de energie primară - energia geotermală este determinat individual pentru fiecare fântână geotermală în funcție de condițiile sale (temperatura la capul puțului, metoda de utilizare și răcirea GTV-ului folosit). Factorul energiei primare - energia geotermală nu este încă definit în standardele slovace sau străine, după cum reiese din anexa E.1 a standardului STN EN 15603 (tabelul 1) sau din anexa nr. 2 la Decretul Ministerului Dezvoltării Regionale al Republicii Slovace nr. 311/2009 Coll. (fila 2).

Concluzie
Actul nr. 555/2005 Coll., Care a fost modificat prin decretele ulterioare ale Ministerului Dezvoltării Regionale al Republicii Slovace nr. 625/2006 Coll. si nu. 311/2009 Coll., Sunt stabilite proceduri și măsuri pentru îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor. Una dintre măsurile posibile pentru reducerea intensității energetice a clădirilor este, pe lângă reconstrucția acestora, conexiunea lor la sistemul centralizat de alimentare cu căldură, în care energia geotermală sub formă de apă geotermală va fi sursa primară de energie termică și cazan pe gaz va funcționa ca o sursă de energie suplimentară sau de top.

Într-un astfel de sistem DH care utilizează energie geotermală, factorul de energie primară va fi redus din cauza nevoii mai mici de combustibil (gaz natural). Energia primară, gazul natural, va fi arsă numai în sursa suplimentară de energie de top. În același timp, emisiile de dioxid de carbon vor fi reduse într-un astfel de sistem, care este unul dintre obiectivele principale ale legii menționate.

Deoarece energia geotermală este o resursă regenerabilă, clădirile în care energia geotermală va fi utilizată ca sursă principală de energie vor fi incluse în clasele superioare din cadrul certificării energetice. Acesta este unul dintre principalele argumente pentru care energia geotermală ar trebui folosită și în sistemul DH al clădirilor.

Această lucrare a fost pregătită în cadrul proiectului VEGA 1/1052/11.

Scriind. Marek Bukoviansky, doc. Ing. Dr. Ján Takács.
IMAGINI: autori
Fotografia ilustrativă: thinkstock.com

Ing. Marek Bukoviansky este doctorand la Departamentul de Echipamente Tehnice ale Clădirilor Facultății de Inginerie Civilă STU din Bratislava.

Doc. Ing. Dr. Ján Takács operează la Departamentul de Echipamente Tehnice ale Clădirilor Facultății de Construcții Civile UTS din Bratislava.

Literatură
1. Proiect de directivă COM (2003) 739 privind eficiența utilizării finale a energiei și serviciile energetice prezentată de Comisie în decembrie 2003.
2. STN EN 15603: 2008: Performanța energetică a clădirilor. Cererea totală de energie și definirea evaluării energetice.
3. Actul nr. 555/2005 Col. privind performanța energetică a clădirilor și modificarea anumitor legi.
4. Decretul Ministerului Dezvoltării Regionale al Republicii Slovace nr. 311/2009 Coll., Care stabilește detaliile calculului performanței energetice a clădirilor și conținutul certificatului energetic.
5. Decretul Ministerului Dezvoltării Regionale al Republicii Slovace nr. 625/2006 Coll., Care pune în aplicare Legea nr. 555/2005 Col. privind performanța energetică a clădirilor și modificarea anumitor legi.
6. STN EN 15316-4-5: 2010 Sisteme de încălzire în clădiri. Metoda de calcul a cerințelor de energie a sistemului și a eficienței sistemului: Partea 4-5 Sisteme de generare a căldurii, caracteristici și calitate a sistemelor de încălzire urbană și de volum mare.
7. Petráš, D. și colab.: Surse de energie regenerabile pentru sistemele cu temperatură joasă. Bratislava: JAGA GROUP, 2009, p. 224.
8. Lulkovičová, O. - Takács, J.: Surse de energie netradiționale. Prelegeri. Bratislava: Vydavateľstvo STU, 2003, p. 138.