1

Univerzitet u Tuzli

RUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSKI FAKULTET

Odsjek: Rudarski

1. Geothermal energy: an alternative resource for the 21st century; Harsh Gupta i Sukanta Roy; Izdavač: Elseiver, 2007

2. Neven Miošić: Geotermalna energija u BiH

3. Studija energetskog sektora BiH, 2008

2

Geotermalna energija (toplota zemlje): rezidualna termalna energija zemlje koja vodi porijeklo od postanka zemlje.

Toplotni izvori: tople stijene (Hot Dry Rock), geopritisak i magma.

Konsatnan toplotni fluks

Duga istorija korištenja geotermalne energije

Još uvijek mali udio u svjetskom energetskom bilansu

3

Geo – zemlja, thermal – toplota

Izvori: toplota stijena (sporo doseže površinu), toplota radioaktivnog raspada nestab.elemenata (polovina) gravitaciona kompresija (mala)

Rezervoari tople vode i prirodne pare

Površinske manifestacije: vulkani, termalni izvori, fumerole, gejziri, ključanje blata, mineralizirane naslage

Direktno i indirektno korištenje

Ne utiče na okolinu

Lokalizirani izvori

4

Slika: Površinske geotermalne manifestacije

The Future of Geothermal Energy: Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century, 2006 Massachusetts Institute of Technology, U.S. Government under D.O.E., Contract DE-AC07-05ID14517

Solarna energija (insolacija)

Energija unutrašnjosti zemlje (geotermalna energija)

Energija gravitacije

5

6

Prečnik Zemlje: 12.750.000 km. Zemlja u prosjeku emituje 1/16 W/m2. Ovaj broj može biti znatno veći u vulkanskim regionima. Hlađenje 1 km3 vrućih stijena za 1000C može generisati godišnje 30 MW of električne energije tokom 30 godina.

Debljina zemljine kore: 35 km u kontinentalnom regionu 12,5 km u kontninentalnom regionu

Odnos debljine kore naspram poluprečnika: 35/6370 = 0,005494505 Odnosno 6370/35 = 182

Kokošije jaje: Poluprečnik 50 mm Debljina ljuske 0,8 mm 0,8/50 = 0,016 50/0,8 = 62,5

Ljuska jajeta je oko 3 puta deblja u odnosu na ukupnu veličinu jajeta no što je to kora zemlje u svom najdebljem (kontinentalnom) dijelu naspram veličine zemlje

7 6370

5145

2898

660

410

60 220

Kora

Mantija

Jezgro

Gornja mantija

Tranziciona Zona

Unutrašnje

Jezgro

(čvrsto)

Dubina (km)

Donja

Manija

Vanjsko

jezgro

(tečno)

5000 C

4000 C

O

50.7%

Mg

15.3%

Fe

15.2%

Si

14.4%

S

3.0%

Al

1.4%

Ca

1.0%

8

10 20 30 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Pritisak (GPa)

40

Mantija

Jezgro

9

10

T [K]

h [

m]

T0

0tG

Ht

st

H

t

HGst

mCG

G o

st

gr /,1

Temperatura:

Geotermski stepen:

Geotermski gradijent:

- Neutralni sloj - Periodičnost temperature tla - Prosječan temperaturni gradijent Zemlje: 1 [K]

/ 33 [m]; a kore 0.3 [K] / 33 [m], visoki temp. gradijenti u područjima jakih seizmičkih aktivnosti

11

Ctla = rmin cmin fmin + rorg corg forg + rw cw fw + rled cledfled + rv cv fv

Specifična toplota tla:

C-toplotni kapacitet min-minerali, org-organska materija, w-voda, v-vazduh f- zapreminski udio komponente u tlu Penetraciona dubina – dubina utjecaja toplotnih promjena Dnevni utjecaj – do dubine oko 10 cm Godišnji utjecaj – do dubine oko 1,5 m Deset hiljada godina – do dubine oko 150 m

Ugalj: 32%

Gas: 38%

Nafta: 4%

Nuklearna energija: 23%

Obnovljivi izvori: 3%

Cilj za obnovljive 7-8% do 2010

Geotermalni resursi: vrlo malo učešće, a visok potencijal kao energent budućnosti

12

13

Za razliku od fosilnih goriva, gt energija se smatra obnovljivim izvorom.

Iako se vijekovima koristi u ljekovite svrhe (balneologija), kao energetski izvor se koristi od početka 20-tog vijeka (Italija).

Ovisno o intenzitetu koncentracije energije geotermalni izvori mogu biti:--+Niske entalpije (do 150C) +Visoke entalpije (preko 150C)

14

Početak korištenja gt energije u Italiji. Od 1930. godine u Islandu koristi se topla voda za zagrijavanje. Kasnije počinje korištenje u Novom Zelandu, Americi, Japanu gdje

se grade geotermoelektrane u periodu od 1958. go 1961. godine. Od 1969. godin počinje izgradnja geotermoelektrana u Islandu. U posljednjih 10 godina intenzivirana izgradnja gt termoelektrana

u Filipinima, Americi,Italiji, Novom Zelandu, Islandu, Kostarici, El Salvadoru, Gvatemali i Rusiji.

Danas u Islandu gt energija pokriva oko 50% ukupnog energetskog bilansa, dok sa 86% učestvuje u zagrijavanju objekata.

Filipini oko 1900 MW, SAD oko 2200 MW (učešće od 0,4% u en.bilansu)

15

16

Veliki energetski rezervoar: do dubine kore od 3 km procjenjuje se da su geotermalni resursi 1.194.444.444 TWh (Bijornsson 1998).

Geotermalni resursi su znatno veći energetski potencijal od svih fosilnih goriva zajedno čij je energetski ekvivalent 1.000.400 TWh

17 http://www.ucsusa.org/clean_energy/technology_and_impacts/energy_technologies/how-geothermal-energy-works.html

Dugotrajan izvor toplote

Permebilne stijene i adekvatan prostorni raspored (dostupnost i geografska distribucija)

Dotok i pouzdan način transporta vode

Dostupan, tehničkim mjerama dostupan i ekonomski iskoristiv akvifer ograničen izolator stijenama

Niske emisije stakleničkih gasova

18

19

Vrsta elektrane CO2

kg/MWh SO2

kg/MWh NOx

kg/MWh Čvrste č. kg/MWh

TE na ugalj 994 4,71 1,955 1,012

TE na naftu 758 5,44 1,814 %

TE na gas 550 0,0998 1,343 0,0635

Hidrotermalna na vlažnu paru

27,2 0,1588 0 0,0635

Hidrotermalna suhoparna

40,3 0,00098 0,000458 0

Hidrotermalna, zatvoreni ciklus, binarna

0 0 0 Zanemarivo

Srednja vrijednost za sve tipove (SAD)

631,6 2,734 1,343 %

% - nema podatka The Future of Geothermal Energy: Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century, 2006 Massachusetts Institute of Technology, U.S. Government under D.O.E., Contract DE-AC07-05ID14517

20

Direktno korištenje toplotne energije – korištenje toplotnog efekta GTE bez transformacije u druge energetske oblike

Indirektno korištenje geotermalne energije – korištenje toplotnog efekta GTE uz transformaciju termalne energije u druge energetske oblike povoljnije za korištenje ili prenos (toplotne pumpe, geotermoelektrane)

21

Balneologija (turizam, medicina, sport)

Agrokulture (staklenici, grijanje tla)

Akvakulture (ribe, aligatori)

Industrijsko korištenje (sušenje, grijanje)

Grijanje (individualni objekti, centralno grijanje

22

23

Akvakulture: uzgoj ribe i drugih vodenih kultura

Agrokulture: staklenici i zagrijavanje tla

24

Rezidencijalno zagrijavanje

Injektovana voda u pukotinski sistem

Geotermalna akumulacija Tople vode

Toplotni izmjenjivač

Pumpe

25 Izvor: Geoheat centar, 2000

Mogu se koristiti bilo gdje – bez ograničenja

Vrlo su energetski efikasne i ekonomične (povećanje en.ef. za 50%)

Proizvode 4 puta više energije nego što potroše u odnosu na konvencionalno grijanje

Smanjuju potrebu za fosilnim gorivima

Umanjuju štetne emisije fosilnih goriva

Skuplja invensticija koja se brzo isplati

26

27

28

vanjskounutr

unutrh

h

k

h

TT

Tk

kfW

Q

)(h

29

vanjskounutr

unutrg

g

k

g

TT

Tk

kfW

Q

)(grijanja

30

Hlađenje u atmosferu

Grijanje iz atmosfere

Geotermalno hlađenje

Geotermalno grijanje

31

Parne

Suhoparne geotermoelektrane (temp.iznad 235oC, dubina 1

do 4 km)

Geotermoelektrane na vlažnu paru (temp.150 do 300oC,

injektiranje vode sa površine)

Binarne geoelektrane (100-180oC): koriste lako

isparljivu materiju (npr.isopentan)

Kogeneracija (termalno direktno i transformacija

toplotne u električnu energiju)

32

33

34

• Suhoparna: visoke temperature (vodena para pod pritiskom izlazi na povšinu)

• Na vlažnu paru: srednje temperature (izlazi vrela voda koja dijelom ispari, a dijelom se kondenzuje)

• Binarne: niže temperature (koristi se radni fluid niže tačke isparavanja)

Na vlažnu paru

Binarna

Suhoparna

35

36

Vrela voda dijelom isparava prema turbini, a dijelom se kondenzuje i direktno vraća u ležište

37

Voda 100 do 180 oC Basic binary power plant in simplified schematic form (DiPippo, 2005).

38

39

40

Temperatura geofluida

Konverzioni sistem

Radni fluid Rashladni sistem

100oC-150oC Osnovni binarni R134a Voda (evaporaciono)

150oC-200oC Binarni sa rekuperatorom

Izobutan Vazduh

200oC-250oC Binarni ili sa kondenzacijom

Izobutan ili geofluid

Vazduh ili voda

250oC-400oC Binarni ili sa kondenzacijom

Geofluid Voda

>400oC Jedno ili višestepena ekspanzija

Geofluid Voda

41

Temperatura geofluida Termalno iskorištenje

150oC 0,11

200oC 0,14

250oC 0,16

300oC 0,18

350oC 0,22

Električna energija se proizvodi u oko 25 zemalja iz geotermalnih izvora

Instalisana snaga geotermoelektrana u svijetu je oko 8GW sa oko 49.000 GWh godišnje konvertovane energije (cjelogodišnja dostupnost)

Oko 16 GW termalno korištenje sa oko 45.000 GWh godišnje iskorištene energije

42

Nesjavellir Geothermal Power Plant (Island) Foto: Gretar Ívarsson

43

44

Faza Podfaza Cijena po kW (2004, USA)

Cijena za 50 MW GTE

Istraživanje $150 $7.5 miliona

Razrada Dokumentacija $20 $1 miliona

Bušenje $750 $37.5 miliona

Kaptiranje pare $250 $12.5 miliona

Izgradnja elektrane $1500 $75 miliona

Transmisija $100 $5 miliona

Alyssa Kagel, Geothermal Energy Association ( www.geo-energy.org )

45

(http://sapiens.revues.org/docannexe/image/823/img-6.jpg) (http://www.world-nuclear.org/uploadedImages/org/info/US_ElectProduction_Costs.jpg)

46

Uticaj Vjerovatnoća Posljedice Trajanje uticaja

Emisije gasova Mala Srednje Kratkotrajno

Povšinsko oticanje vode

Srednja Male do srednje Kratko do dugotrajno

Podzemna kontaminacija

Mala Srednje Dugotrajno

Ulijeganje tla Mala Male do sredje Dugotrajno

Zvučna kontaminacija Visoka Srednje do visoke Kratkotrajno

Socio-ekonomski problemi

Mala Male Kratkotrajni

Hemijska i termalna kontaminacija

Srednja Srednje do visoke Kratko do dugotrajno

Ugrožavanje arheološkog ili kulturnog naslijeđa

Mala do srednja Srednje do visoke Kratko do dugotrajno

Izbijanje vode iz bunara

Mala Male do srednje Kratkotrajno

(Lunis B.; Breckenridge R.; McClenahan H.; “Environmental Considerations”; Geothermal Direct Use Engineering and

Design Guidebook, Geoheat Center, Oregon Institute of Technology, 1998)

47

Izvor: http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld015.htm

Izvor: U.S. Department of Energy http://www.eren.doe.gov/geothermal

48

Geotermalni potencijal BiH je oko 33 MWth.

Temperature najznačajnijih izvorišta su: Bosanski Šamac (92°C), Kakanj(54°C) i Sarajevo (58°C)

Malo istraživanja u oblasti geotermalne energije

Prije rata započeti radovi na na lokalitetu Ilidža, 240 l/s termalne vode temperature 58°C ukupne snage snage 1MW

49

Bivša Slana banja - Tuzla

Istraživanja gt resursa u BiH su voĎena na više načina kroz dug period.

Istraživane zone na kojima se pojavljuju površinske manifestacije.

Izradom regionalnih i detaljnih geoloških, hidrogeoloških, geofizičkih, naftonosnih i drugih istraživanja provedenih u različite svrhe dobivena su saznanja i o akumulacijama geotermalnih voda.

Dubokim strukturnim bušenjem pri istraživanju nafte i plina u Posavini, Semberiji, Tuzlanskom i Srednjebosanskom bazenu, kod Glamoča i Vareša dobiveni su značajni podaci o strukturi podzemlja, temperaturama i osnovne indikacije o hidrogeološkim svojstvima nabušenih stijena. Na području Posavine u Dvorovima i Domaljevcu nabušena su i ležišta geotermalne vode.

Na temelju provedenih istraživanja izračunati su osnovni geotermalni parametri: geotermalni gradijenti, toplinski tokovi i vodljivosti.

Značajne radobe objavili geolozi Safet Čičić i Neven Miošić.

Materija obraĎena u Studiji energetskog sektora BiH 2008. godine.

50

51

Safet Čičić, Neven Miošić: Perspektivne zone istraživanja po prioritetima (FBiH)

52

S.Čičić, N.Miošić: Preliminarna ocjena GT potencijala

Izvor: Studija energetskog sektora BiH, 2008

53 Izvor: Studija energetskog sektora BiH, 2008

hidroheotermalni sistemi

geopresirane termo-zone

petrogeotermalni sistemi

54

arteški bazeni i depresije između planinskih masiva – pukotinska poroznost, slojevita cirkulacija, usporena vodoizmjena u tercijarnim i krednim sedimentima;

hidrogeološke nabrane oblasti - pukotinska poroznost, slojevita ciskulacija, složeni režim prihranjivanja i pražnjenja u tercijarnim, krednim i neraščlanjenim mezozojskim sedimentima, kao što su vapnenci, klasti, fliš i dijabaz-rožna formacija;

hidrogeološki masivi sa pukotinskom i karstnom poroznošću i cirkulacijom u plutonitima, vulkanitima, škriljavcima, serpentinitu i karbonatno mezozojskim masivima.

55

Posavina – arteški bazen u krednim i tercijarnim sedimentima u zatvorenim bazenima povišene temperature i pritiska. Ove vode nabušene su na području Posavine i Semberije.

U području Prijedor-Omarska trijaski vapnenci i dolomiti su prekriveni izolatorskim paleozojskim i ofilitskim stijenama i mogući su potencijali za zahvat vode na većim dubinama.

Depresija tuzlanskog bazena sadrži termomineralne slane rastvore i vode sa mineralizacijom do 280 g/l.

Sarajevsko-zenički bazen predstavlja najveću meĎuplaninsku depresiju s akumulacijama u tercijarnim i mezozojskim stjenama. Bazen je lociran u zoni velikog dubinskog rasjeda. Duž obodnih rasjeda javljaju se izdanci mineralnih i termomineralnih voda.

56

Zona horstova i rovova sjeverne Bosne karakterizirana je prisistvom interstaratificiranih kompleksa, u kojima su najvećim dijelom prisutne infiltracijske vode.

Zona mezozojskih i neraščljanjenih masa centralne Bosne proteže se od Banje Luke preko Kotor Varoši do Srednjeg. Tremalne vode su sadržane u trijaskim akviferima koji se pojavljuju duž dubokih rasjeda.

57

Masivi metamorfita i plutonita Prosare i Motajice nemaju izdanaka akumulacija voda. Masivi škriljaca unsko-sanskog paleozoika, srednjebosanskih škriljavih planina i

paleozoika jugoistočne Bosne: u unskom-sanskom paleozojiku formacije termalne vode formirane su u krečnjacima trijaske starosti. U paleozojiku jugoistočne Bosne postoje termalne vode u devonskim krečnjacima.

Masivi paleozojskih klastita i metamorfita unutrašnje paleozojske zone i masiv neogenih efuzija vulkanita – moguće pojave termomineralnih fluida.

Masivi bazičnih plutonita i serpentinita Uzlomca, Borja, Konjuha i Ozrena ne mogu biti vodonosnici, ali mogu kao izolatori sudjelovati u stvaranju ležišta.

Ultramafitski masiv Višegrad-Rudo ima izdanke termalnih voda u slučaju ostvarene povoljne akumulacijske formacije.

Karbonati hidrogeološkog masiva Romanije posjeduju akvifere termalnih voda. U većini slučajeva termalne vode su u zonama izviranja hidraulički neovisne od površinskih voda.

Holokrastni hidrogeološki masiv istočne Hercegovine i zapadne Hercegovine nema izdanaka termalnih voda.

Zapadno-bosanski karstni hidrogeološki masiv nema izdanaka termalnih voda osim u zoni bihaćkog bazena.

58

1. Bihačko-kladuška zona

2. Arteški bazeni sjeverne Bosne

3. Masiv unsko-sanskog paleozoika

4. Masiv ofiolitske zone

5. Flišni trog Banja Luka – Sarajevo

6. Masiv srednjebosanskih škriljavih planina

7. Sarajevsko zenički bazen

8. Paleozojski masiv jugoistočne Bosne

9. Paleozojski i neogeni masiv istočne Bosne

59

Za direktno korištenje fluidi iz svih devet navedenih zona,

Za proizvodnju električne energije fluidi iz 2. Arteški bazeni sjeverne Bosne, 3. Masiv unskosanskog paleozoika, 4. Masiv ofiolitske zone i 5. Flišni trog Banja Luka – Sarajevo.

60

otvorenim strukturama – na lokacijama izviranja termomineralnih voda unutrašnjih Dinarida

zatvorenim sigurnim sistemima – razvijen u hrstovima i rovovima sjeverne Bosne i srednjebosanskom bazenu

zatvorenim pretpostavljenim sistemima – pretpostavljen u jursko-krednom flišnom trogu Banja Luka – Sarajevo, cazinskom, prijedorskom bazenu, ofiolitima, paleozoiku Sane, srednje i jugoistočne Bosne i Srebrenice.

61

U zonama arteških bazena sjeverne Bosne,

U Sarajevsko zeničkom bazenu i Flišnom trogu Banja Luka – Sarajevo.

62

U BiH geotermalni gradijenti su određeni na temelju mjerenja temperatura u dubokim bušotinama u Hrvatskoj (Ravni Kotari, Brač, Bruvno) i BiH (Glamoč, Vareš, Kakanj,Sanska Ilidža, Tuzla, Domaljevac, Vitanović i Dvorovi).

Za Kakanj utvrđen geotermski stepen od 25.8 pri dubini od 1315 m i maksimalnoj temperaturi stijenskog masiva od 46oC.

U tuzlanskom regionu srednja vrijednost geotermskog stepena od 30.0, sa maksimalnim geotermskim stepenom u području Tetima u iznosu od 40. Konačna dubina bušenja za tuzlansko područje je 3531.9 m, a maksimalna utvrđena temperatura stijena 118.33oC.

Osim vrste stijena na geotermski stepen (gradijent) utiče i niz drugih faktora, kao što su: prisustvo termalnih voda, prisustvo podzemnih voda, karakteristike terestičkih toplotnih tokova itd. U dosadašnjim ispitivanjima na području BiH geotermski stepen je varirao od 10.5 u Glamoču do 63.5 na području Domaljevca.

63

bušotine neravnomjerno pokrivaju područje BiH kako po dubini tako i po broju,

gradijenti se kreći u intervalu od 10,5ºC/1000m (za dubinu od 4212 m) do 63ºC/1000m (za dubinu od 1275 m) zbog čega je moguće izvršiti samo grubo zoniranje,

bušotine imaju različite dubine što onemogućuje meñusobnu koorelaciju,

različiti podaci o temperaturama, različiti gradijenti u sličnim strukturama na istim

dubinama, hidrološke smetnje u gornjih 100-200 m iskrivljuju

sliku gradijenta i dr.

64

65 Izvor: Studija energetskog sektora BiH, 2008

Ljekovita i terapeutska svojstva hidrotermalnih voda poznata vijekovima

Na području BiH još od Rimljana postoje banjska odmorišta i lječilišta

Iako banjski turizam zauzima značajno mjesto u ukupnoj turističkoj ponudi, može se smatrati da je ovaj potencijal vrlo slabo iskorišten

Uz turističke sadržaje moguće je vrlo efikasno kombinovati i ostale načina direktnog ili indirektnog korištenja geotermalnih resursa

66

Slatina, Banjaluka

Akvaterm, Olovo

Dvorovi, Bijeljina

Gata, Bihać

Guber, Srebrenica

Ilidža, Gradačac

Vrućica, Teslić

Vilina vlas, Višegrad

Reumal, Fojnica

Laktaši

Ilidža, Sarajevo

Kiseljak

Kozarska Dubica

Kulaši

1. Aquaterm“ Olovo 2. „Dvorovi“Bijeljina 3. “Gata” Bihać 4. „Guber“Srebrenica 5. “Ilidža” Gradačac 6. „Ilidža“ Sarajevo 7. „Kiseljak“ Kiseljak 8. „Laktaši“ Laktaši 9. “Mlješanica” Kozarska Dubica 10. “Kulaši” Prnjavor 11. “Reumal” Fojnica 12. „Sanska Ilidža„ Sanski Most 13. „Slatina“Banja Luka 14. „Vilina Vlas“Višegrad 15. „Vrućica“Teslić 16. „Slana Banja“Tuzla

68

1. Design Considerations for Artificial Lifting of Enhanced Geothermal System Fluids X. Xie, K. K. Bloomfield, G. L. Mines, G. M. Shook, Idaho National Laboratory Renewable Energy and Power Technologies, 2005

2. Beggs, H. D., 1991, Gas Production Operations, OGCI publications, Oil & Gas Consultants International Inc., Tulsa, Oklahoma.

3. Pritchett, J. W., 2000, “Electrical Generating Capacities of Geothermal Slim Holes,” Proceedings World Geothermal Congress, 2000, Kyushu, Tohoku, Japan, May 28–June 10, 2000.

4. Renewable Energy Access, 2005, “Geothermal Guide to Green Energy Production,” April 22, http://renewableenergyaccess.com/rea/news/story?id=26591 .

5. K. K. Bloomfield, J. N. Moore, M. C. Adams, T. L. Sperry, Tracer Test Design and Sensitivity Studies of the Cove Fort Geothermal Resource Tracer Test, Geothermal Resources Council Transactions, Vol. 25, August 26-29, 2001

6. A Guide to Geothermal Energy and the Environment, By Alyssa Kagel, Diana Bates, & Karl Gawell, Geothermal Energy Association, 209 Pennsylvania Avenue SE, Washington, 2007

7. The Future of Geothermal Energy: Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century,

8. 2006 Massachusetts Institute of Technology, U.S. Government under D.O.E., Contract DE-AC07-05ID14517

69

www.geo-energy.org/ ; www.geothermal.inel.gov/ www.egi.utah.edu/geothermal/ ; www.eere.energy.gov/geothermal/ www.sustainableenergy.qld.edu.au/sources/geo.html www.geothermal.marin.org/ ; www.edugreen.teri.res.in/explore/renew/geo.htm www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/renewable/geothermal.html www.scienceonline.co.uk/energy/renewable-energy.html#geothermal www.darvill.clara.net/altenerg/geothermal.htm www.energex.com.au/ ; www.geothermalhawaii.com/ www.energetika-net.hr/ ; www.geothermalint.co.uk/ www.airdrilling.com ; www.thermasource.com www.torquato.com ; www.thermasource.com www.geo-energy.org ; www.enex.is www.glossary.oilfield.slb.com/ http://www.smu.edu/geothermal/ http://www.geothermie.de/ www.ew.govt.nz/enviroinfo/geothermal/tourism.htm

70