Geotermalne sonde u Švicarskoj
Ponedjeljak, 10 Travanj 2017 22:35

Geotermalne sonde u Švicarskoj

Priznati znanstvenik na području geotermalne energije i gost predavač na mnogim sveučilištima diljem svijeta, profesor Ladislaus Rybach sa Sveučilišta ETH u Zürichu, je 5. travnja na Fakultetu strojarstva i brodogradnje održao predavanje o iskustvima Švicarske u primjeni geotermalnih dizalica topline. Profesor je naglasio kako primjena geotermalnih dizalica topline u Švicarskoj ima dugu i vrlo uspješnu tradiciju, s godišnjim rastom od 12%. Glavni dio proizvodnje toplinske energije u Švicarskoj dolazi iz geotermalnih dizalica topline kojima se griju prostorije, s oko 3,06 TWh. Od toga 86% (2626,1 GWh) dolazi iz izmjenjivača topline u vertikalnim bušotinama u tlu. Instalacija geotermalnih dizalica topline koje služe za grijanje i/ili hlađenje je u stalnom porastu. U 2013., Švicarska je imala ukupnu dubinu vertikalnih bušotina s izmjenjivačem topline oko 2600 km, s najvećom gustoćom na svijetu od tri standardne jedinice od 12 kW po prostornom km. Švicarska se u 2015. najviše opskrbljivala toplinom iz geotermalnih dizalica topline (91%), zatim iz termalnih izvora (6,2%) i dubokih akvifera (0,4%). Rybach je pokazao podatke o godišnjim izradama bušotina u Švicarskoj, gdje se jasno vidi veliki porast bušotina dubine 1 km, od 2001. kada nije bilo ni 500 do 2014. kada se broj popeo na 2500 bušotina godišnje. Zürich je u kolovozu 2016. instalirano 1399 geotermalnih dizalica topline i 1681 izmjenjivača topline u vertikalnim bušotinama. Profesor se osvrnuo na par značajnih primjera dobre prakse u Švicarskoj među kojima je Grand Hotel Dolder, Zürich, gdje se potrebe za grijanje i hlađenje od 1 GWh godišnje zadovoljavaju sa 75 izmjenjivača topline u vertikalnim bušotinama, ukupne dubine 10000 m; veliki kompleks zgrada Richti u gradu Wallisellen koji se s 5 GWh godišnjih potreba za grijanjem i hlađenjem opskrbljuje iz 250 izmjenjivača topline u vertikalnim bušotinama na 72000 m2, gdje je svaka do 200 m duboka (ukupno 50 km); kampus 'Science City' Sveučilišta ETH u Zürichu, površine 442000 m2 sa 768 izmjenjivača topline u vertikalnim bušotinama koji pokrivaju godišnje 15 GWh potreba za grijanjem i 13 GWh potreba za hlađenjem s geotermalnim skladištem od 4 milijuna m3, a vrijednost samog projekta je 30 milijuna dolara. Rybach objašnjava da su geotermalne toplinske pumpe ključne za korištenje plitkih geotermalnih resursa, do 400 m dubine. Glavna prednost takvog načina opskrbe energijom je mogućnost hlađenja tijekom ljetnih mjeseci. Takav sustav bušotina djeluje kao skladišta energije i moraju biti projektirane za ravnotežu asinkronih sezonskih potreba grijanja i hlađenja. Projektiranje i instalacija takvih sustava u Švicarskoj je regulirana inženjerskom normom SIA 384/6. Kako bi se pravilno projektirali takvi sustavi, potrebno je uzeti u obzir lokalne uvjete kao što su toplinska vodljivost tla i potrebe zgrada, da bi se osigurala dugoročna pouzdanost geotermalnih dizalica topline, odnosno garantirana održivost proizvodnje, što je ključ uspješnosti Švicarske.
www.energetika-net.com


Geotermalni izvori u Švicarskoj

Čak je devedeset posto mase planeta Zemlje toplije od 1000 Celzijevih stupnjeva. To ilustrira bogate opcije kako iskoristiti Zemljinu energiju. Raste interes za geotermiju. Sve je zanimljvije – kako iskoristiti podzemne energije, osobito otkad je Švicarska Konfederacija odustala od nuklearki. Manjak električne energije zbog zatvaranja švicarskih nuklearki neće se nadomjesti samo snagom vjetra i sunca: sve se više ide na geotermiju. Općina Sankt Gallen će do 2014. prvim švicarskim kolekivnim pogonom grijati pola gradskih kapacitetta. Južnije, u Lombardiji i Ticinu, razmatraju kako iskoristiti silne potencijale akumuliranja topline velikih jezera. Jezero kao energetski izvor – je li moguće? Prof. Mario Raimondi iz Milana tvrdi da jest. Kaže „Masa je golema: zimi 8 Celzijevih stupnjeva, a ljeti 20. Ja bih i zimi htio iskoristiti tu toplinu. Ako oduzmem jedan stupanj – što imamo? Uzmemo li 1 Celzijev stupanj temperature – koliko ćemo energije dobiti? Poznato je koliki je volumen jezera Como: 20-ak prostornih kilometara. Podaci zastrašuju...“ Jezero, gotovo neiscrpan i uvijek raspoloživ izvor energije: ideja nije revolucionarna, ali je opravdana u krizi, kad se energija sve više traži, a izvori smanjuju. Kao da je ideja profesora Raimondija – potekla iz ovoga jezera. Lani ju je iznio u Vili Monastero u Varennau, gdje se održavaju znanstveni skupovi. Sisaljke otimaju “hladnu energiju” za grijanje. Ta se tehnika primjenjuje u Vili Monastero – koju od 1997. grije i hladi sustav “na jezersku vodu”. Uz jezero Como još je jedna vila, a još je slavnija – već je deset godina grije i hladi sustav koji iskorištava jezersku vodu: slavna Vila Olmo blizu švicarske granice. Arhitekt Antonio Nocera, voditelj projekta Villa Olmo pojašnjava: “Uzimamo vodu iz jezera: objekt iskorištava vodu od 13 do 15 Celzijevih stupnjeva, prebacuje je u termocentralu. Voda mijenja temperaturu sustavom dviju sisaljki, imaju 450 kilowatta, zimi grije vilu, sjajno arhitektonsko postignuće... A ljeti hladi. U kongresnim je dvoranama to prevažno – zato se traži optimalna temperatura.” S druge strane granice, na jezeru Lugano, nema takvih pogona: ali sve je vrlo konkretno. A Luganu je CERESIO, Centar Calcolo Scientifico, vezan za Švicarski Politecnico Zurich: njihogi znanstvenici predviđaju kako iskoristiti jezerske vode za hlađenje jakih kompjutora. Industrijski će pogoni grada Lugana iskoristiti ugrijanu vodu za mrežu za telegrijanje. Prvi je to u nizu projekata termičkog iskorištavanja jezerske vode: sada Ceresio gradu daje tek veći dio vode za piće. A sjeverno od Alpa, Geotermički je projekt Sankt Gallen jedinstven u Švicarskoj po koncepciji i izvedbi. Grad je od 2007. razradio energetsku ideju kako smanjiti potrošnju, povećati učinkovitost i razviti obnovljive energije. Građani su 20. studenoga 2010. glasovali za geotermički pothvat stoljeća. Dali su više od 80% (osamdeset posto) glasova za kredit od 159 milijuna franaka, najviši iznos koji su ikad izglasali glasači grada Sankt Gallena – unatoč nepoznanicama i rizicima toga projekta. Michael Sonderegger, geolog projekta Geothermie nada se: “Bude li uspjeha, potkraj 2013. počinje izgradnja geotermičke centrale. Gradit će se godinu dana, uključivši sve vanjske i unutarnje infrastrukture! Centrala bi proradila potkraj 2014. i opskrbljivala bi grad Sankt Gallen elektrikom i toplinom.”
alpedunavjadran.hrt.hr


Dizalice topline

U stalnom su porastu saznanja o štetnim posljedicama potrošnje i sagorijevanja fosilnih goriva. Staklenički plinovi, među kojima prednjači CO2, jedan su od razloga potrebe smanjenja dobivanja energije na dosadašnji način, te nastojanja da se udio u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora ubrza. Pregovori o kontroli globalnog zagrijavanja održani su još u veljači 2005. godine u Kyotu, te na tragu tadašnjeg protokola, u prosincu prošle godine, nastavljeni su u Kopenhagenu na UN-ovoj konferenciji. Više od 15.000 sudionika iz 192 zemlje, nisu postigli dogovor koji bi bio ohrabrujući za daljnja svjetska nastojanja kontrole globalnog zagrijavanja. Sporazum je primljen na znanje bez odobrenja svih zemalja sudionica jer su neke zemlje bile nezadovoljne nepreciziranim rokovima i količinama smanjenja emisije štetnih plinova.

Dogovoreno je povećanje financiranja borbe protiv zagađenja na 30 milijardi dolara za iduće tri godine, te cilj od 100 milijardi dolara pomoći nerazvijenim zemljama za borbu protiv uzroka i posljedica globalnog zagrijavanja do 2020 godine. S obzirom da ne predviđa konkretne mjere, deklaracija ništa ne rješava po pitanju ozbiljnog problema, nego tek najavljuje mogućnost pomaka koji će se eventualno dogoditi na nekim sljedećim konferencijama. Evidentno je, kako su prioriteti pojedinih zemalja zainteresiranih prvenstveno za "vlastito dvorište", doveli konferenciju u slijepu ulicu, a planet nam se i dalje zagrijava.

Prema podacima iz 1998. godine iz fosilnih goriva proizvedeno je oko 80% ukupne energije, pri čemu 35% otpada na naftu, 23% na ugljen i 21% na prirodni plin. Udio energije dobiven iz obnovljivih izvora energije bio je 14%, a od toga samo 2% potječe iz "novih" obnovljivih izvora energije, u koje spada i geotermalna energija. Osim problema globalnog zagrijavanja, s druge strane, fosilna goriva su neobnovljivi izvori energije. Osim što je njihov utjecaj vrlo štetan, ima ih sve manje, te je vidljivo da se obnovljivi izvori moraju početi bolje iskorištavati, te da ne treba postojati bojazan za energiju bez fosilnih goriva. Vrhunac ere potrošnje nafte i zemnog plina prema izvještaju World Energy Councila već je prošao. Predviđa se da će do 2050. godine obnovljivi izvori energije u najvećoj mjeri zamijeniti ugljen.

Razvoj obnovljivih izvora energije važaj je iz više razloga:
- već spomenuto smanjenje emisije ugljičnog dioksida – CO2 u atmosferu
- povećanjem udjela obnovljivih izvora energije povećavamo energetsku održivost te smanjujemo ovisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije
- za pretpostaviti je da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni dosadašnjim izvorima energije

Kako koristiti obnovljive izvore energije

Po pitanju obnovljivih izvora energije na raspolaganju nam je energija vjetra, vode, sunca te geotermalna energija. Osnovni problem prihvaćanja novih tehnologija je početna cijena instalacija novih postrojenja. Ona u prvih nekoliko godina diže cijenu dobivene energije koja je osjetno veća od cijene sadašnje dostupne energije, međutim duljom eksploatacijom, cijena po jedinici energije se kontinuirano smanjuje, tako da gledano kroz dulji period, osim smanjenja zagađenja, dolazimo i do ekonomski isplative energije. Dizalice topline (geotermalne toplinske pumpe) jedan su od načina korištenja obnovljivih izvora energije za grijanje (hlađenje) s najvećim rastom u posljednjih 10 godina. Po definiciji, dizalice topline su uređaji koji radni medij s niže temperaturne razine uz pomoć dodatne energije povisuju na višu temperaturnu razinu te na taj način iskorištavaju toplinu sadržanu u radnom mediju. Njihova glavna prednost je u tome što koriste uobičajene temperature tla i podzemnih voda (između 5 i 30°C) koje su nam dostupne gotovo na svakom mjestu.

Prednosti korištenja geotermalnih dizalica topline:
- ekonomičnostsmanjeni troškovi grijanja i hlađenja u stambenim i poslovnim objektima - trajnost- niski troškovi održavanja ako je sistem ugrađen na propisan način ne zahtijeva gotovo nikakvo održavanje
- tihi radpogodna upotreba u domaćinstvu i u poslovnim prostorima s obzirom da kod ovakvih sustava nema dijelova koji proizvode buku
- fleksibilnostovakvi sustavi mogu snabdijevati toplinskom energijom razne potrošače
- prilagodbakoriste se i u toplim i u hladnim razdobljima. Zimi za grijanje, a ljeti za hlađenje
- ekologijageotermalne dizalice topline gotovo ne zagađuju okolinu, te su važan čimbenik u smanjenju onečišćenja atmosfere

Malo povijesti

Da netko ne bi pomislio kako su dizalice topline umotvorina novog doba, potrebno je istaknuti činjenicu da povijest suvremenih dizalica topline započinje 1834. godine, kad je Jacob Perkins, koristeći se teorijskim načelima Carnotova ciklusa, patentirao prvi parni kompresorski rashladni uređaj. Prvi opis termodinamičkog ciklusa za "pumpanje" topline s niže na višu temperaturnu razinu objavio je William Thompson (Lord Kelvin) 1852., a Peter von Ritinger je 1856./57. u Austriji izradio prvu praktično upotrebljivu dizalicu topline kapaciteta 14 kW, korištenu u industrijske svrhe. Godine 1940. tvrtka "Westingouse" proizvela je prvu agregatnu dizalicu topline namijenjenu za grijanje i hlađenje prostora s instaliranom snagom od 770 W, što je bila prethodnica današnjih sobnih klimatizacijskih uređaja. Do razvoja dizalica topline u Europi dolazi oko 1930. godine, u čemu prednjači Švicarska. Prva velika "europska" dizalica topline postavljena je 1938. godine za vijećnicu u Zürichu, u neposrednoj blizini jezera. Snaga joj je 190 kW, radi s rashladnom tvari R12 i jezerskom vodom kao toplinskim izvorom. Do 1950. godine dizalicama se topline uglavnom koristi za grijanje kuća, tek neznatno u industrijske svrhe. Između 1950. i 1954. godine pojavljuju se mnoga odlična rješenja, koja zadovoljavaju sve strože tehničke i ekonomske zahtjeve. Oko 1950. godine u Velikoj Britaniji izrađene su dizalice topline s akumulatorom topline i antifrizom u cijevima, kojima je zemlja toplinski izvor. Imale su koeficijent grijanja veći od 3, i to pri najnepovoljnijim vremenskim uvjetima. U Švedskoj, Francuskoj i Njemačkoj u razdoblju od 1960. do 1970. godine nastaje nagla potražnja za dizalicama topline koje se kao toplinskim izvorom koriste zrakom. Prva je dizalica topline na ovim prostorima instalirana 1963. godine u Herceg Novom za zagrijavanje staklenika. Rashladna tvar je bila metilklorid, a toplinski izvor zemlja. Iako je dobro radila, ubrzo je zamijenjena grijačima na u to vrijeme jeftinoj nafti. Sedamdesete godine mogu se držati vremenom kad se i u našoj zemlji sve više razmišlja o uporabi dizalica topline za grijanje zgrada. Radi se više prototipova i ugrađuju se modeli stranih proizvođača. Godine 1979. u splitskoj je luci ugrađena prva domaća dizalica topline koju je proizveo splitski "Termofriz" za grijanje pomorsko-putničkoga terminala. Koristila se morskom vodom kao toplinskim izvorom; imala je toplinski učinak od 700 kW, s temperaturom vode za grijanje 45/40 0C i rashladnim učinkom od 650 kW (12/7 oC).

Osnove
Kao što smo već spomenuli dizalica topline je uređaj koji radni medij s niže temperaturne razine uz pomoć dodatne energije povisuje na višu energetsku razinu. S obzirom na porijeklo i postojanost temperaturne razine, toplinski izvori za dizalice topline mogu se podijeliti u skupine:
1. prirodni kod kojih je temperatura uglavnom promjenjiva – okolni zrak
2. prirodni s konstantnim temperaturama: površinske vode (vodotoci, mora), podzemne vode, Sunčeva energija
3. umjetni – otpadne vode te otpadni i istrošeni zrak iz prostorija ili industrijskih procesa.

Nadalje, s obzirom na toplinski izvor, dizalice topline možemo također podijeliti u tri osnovne skupine:
- dizalice topline tlo-voda (rasolina-voda) koje kao toplinski izvor koriste slojeve tla
- dizalice topline voda-voda: kao toplinski izvor koriste podzemne, površinske ili otpadne vode
- dizalice topline zrak-voda i zrak-zrak: kao toplinski izvor koriste okolni, istrošeni, otpadni ili onečišćeni zrak.

Dizalice topline najčešće se koriste kao izvori topline u sustavima grijanja i/ili pripreme potrošne tople vode obiteljskih kuća, stambenih i javnih zgrada. Da bi njihova primjena bila učinkovita, trebaju ispuniti nekoliko osnovnih uvjeta:
- raspoloživost toplinskog izvora zadovoljavajuće temperature kroz cijelu sezonu grijanja
- što manju udaljenost između toplinskog izvora i mjesta predaje topline
- mjesta predaje topline trebaju imati umjerenu temperaturnu razinu (niskotemperaturni sustav grijanja)
- veliki broj sati uporabe tijekom godine – radi veće isplativosti
- visoke cijene drugih izvora energije (ostvarenje veće uštede)

Ukoliko dizalicu topline koristimo u sustavu grijanja, u najvećem broju slučajeva riječ je o niskotemperaturnom toplovodnom grijanju, kod čega su najprikladniji sustavi površinskog grijanja (podnog, zidnog i stropnog). Ako želimo za ogrjevna tijela koristiti radijatore, moramo ih prilagoditi niskotemperaturnom pogonu, kako bi temperatura polaznog voda ogrjevnog medija bila niža, ćime povećavamo faktor grijanja uz istu srednju temperaturu toplinskog izvora.

Kompresijske dizalice topline

U ovisnosti od izvedbe dizalice topline, ovisi način na koji će doći do podizanja temperature radnog medija. S obzirom da su u današnje vrijeme kompresorske dizalice topline najviše usavršene, najviše se i koriste. Za povišenje energetske razine radne tvari koriste mehanički rad kompresora. Sastoje se od sljedećih osnovnih dijelova:
- isparivača
- kompresora
- kondenzatora
- ekspanzijskog ventila>

Svi dijelovi se nalaze u zajedničkom kućištu kao jedna cjelina, te ih je potrebno samo spojiti na dovod radnog medija, razvod ogrjevnog medija, električnu mrežu te sustav automatske regulacije.

Isparivač
Tekući radni medij na primarnoj strani nalazi se na nižem tlaku prilikom primanja topline iz okoliša. Temperatura okoline viša je od temperature isparavanja radnog medija pri tlaku na kojem se nalazi radni medij u isparivaču tako da radni medij potpuno isparava i pri tom uzima toplinu iz okoline. Rashladni učin isparivača ovisi o ukupnoj površini za izmjenu topline, koeficijentu prolaza topline izmjenjivača i razlici temperature radnog medija koji isparava. U cilju što manje i kompaktnije dimenzije cijelog uređaja (dizalice topline), na izvedbu isparivača treba također postaviti zahtjev što manjih dimenzija.

Kompresor
Kompresor usisava radni medij iz isparivača, podiže mu temperaturu i tlak na vrijednost na kojoj se omogućava njezina kondenzacija na temperaturi koja je viša od temperature ogrjevnog medija. Rashladni učin kompresora mora biti jednak rashladnom učinu isparivača, te mora omogućiti komprimiranje cjelokupne radne tvari iz isparivača. Ovisno o načinu na koji se izvodi stlačivanje, postoji nekoliko osnovnih izvedbi kompresora:
- klipni kompresori
- vijčani kompresori
- spiralni kompresori
- turbokompresori

Kod spiralnog kompresora komprimiranje radnog medija odvija se pomoću dvije arhimedove spirale. Zbog visoke preciznosti izrade nisu potrebni brtveni elementi na vrhovima spirala, a zahvaljujući uljnom filmu osigurana je uzajamna plinska nepropusnost pojedinih sadržanih volumnih elemenata. U usporedbi s klasičnim klipnim kompresorima, postiže se smanjenje buke, tako da nastala buka odgovara približno šumovima koje stvara hladnjak istog učinka.

Kondenzator
Nakon prolaska kroz kompresor, radni medij odlazi na sekundarnu stranu (sustav grijanja) u kondenzator koji je oplakivan ogrjevnim medijem. Temperatura ogrjevne vode je niža od temperature kondenzacije radnog medija tako da radni medij kondenzira i ponovno se ukapljuje. Pri tom se toplina koju je radni medij primio na isparivaču i dodatno dovedena energija na kompresoru predaju ogrjevnoj vodi. S obzirom na ogrjevni medij koji se koristi, postoje dvije izvedbe kondenzatora dizalice topline:
- vodom hlađeni, kada se kao ogrjevni medij koristi voda (za sustave toplovodnog grijanja i pripreme potrošne tople vode)
- zrakom hlađeni, kada se kao ogrjevni medij koristi zrak (za sustave toplozračnog grijanja, ventilacije i klimatizacije).

Ekspanzijski ventil
Radni medij se preko ekspanzijskog ventila vraća u isparivač. U ekspanzijskom ventilu radni medij ekspandira s višeg tlaka kondenzatora na niži tlak isparivača i ohlađuje se, te je time zatvoren ciklus. Faktor grijanja ili koeficijent učinka osnovni je pokazatelj učinkovitosti rada dizalice topline. Jednak je omjeru predane toplinske energije nekom prostoru ili mediju i utrošene električne energije kojom se u njoj ostvaruje proces.
www.gradimo.hr

Pročitano 526 puta

O nama

Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

Kontakt info

HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
Kralja Tomislava 82.
31417 Piškorevci
Hrvatska

E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
Fax: 031-815-006
Mobitel: 099-221-6503
© HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive