Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2019 

Kopalnie węgla kamiennego źródłem ciepła dla pomp ciepła

Coal mines as a source of heat for heat pumps
Z kopalń węgla kamiennego zlokalizowanych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym dziennie pompowanych jest ok. 600 tys. m <sup>3,</sup> wód geotermalnych zdatnych do celów grzewczych.
Na zdjęciu: tereny byłej KWK Katowice, z której takie wody są wykorzystywane
Z kopalń węgla kamiennego zlokalizowanych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym dziennie pompowanych jest ok. 600 tys. m 3, wód geotermalnych zdatnych do celów grzewczych. Na zdjęciu: tereny byłej KWK Katowice, z której takie wody są wykorzystywane
Fot. www.energetykacieplna.pl

Kopalnie węgla kamiennego w obrębie aglomeracji śląskiej, zarówno czynne, jak i nieczynne, wymagają odprowadzania znacznych ilości wody o stosunkowo wysokiej temperaturze, która może być wykorzystywana w celach energetycznych do zasilania pomp ciepła. Atutem kopalń na Śląsku jest bliskość potencjalnych odbiorców energii – osiedli i zabudowy mieszkalnej. Z uwagi na trwający proces restrukturyzacji górnictwa projekty inwestycji geotermalnych są jednak obarczone trudnym do oszacowania ryzkiem.

W artykule:

• O możliwościach wykorzystywania geotermalnych wód kopalnianych
• Przykłady zrealizowanych kopalnianych inwestycji geotermalnych:
    — Centralny Zakład Odwadniania Kopalń – Pompownia Saturn
    — Zakład Górniczy Sobieski

W kopalniach węgla kamiennego oprócz tradycyjnie wydobywanego surowca występują znaczne zasoby wodne i energetyczne. Obecnie są one wykorzystywane w niewielkim stopniu. Ich zagospodarowanie może znacznie poprawić efektywność ekonomiczną kopalń i przyczynić się do redukcji emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Jest to szczególnie istotne w obrębie dotkniętego problemem niskiej emisji województwa śląskiego.

W przypadku kopalń zlokalizowanych w obrębie aglomeracji śląskiej znacznym atutem jest bliskość potencjalnych odbiorców energii – osiedli i zabudowy mieszkalnej. Istotnym odbiorcą energii cieplnej mogą być same kopalnie.

Szacuje się, że zapotrzebowanie na moc cieplną w czynnych zakładach górniczych wynosi od kilku do kilkunastu MW, w przypadku zlikwidowanych kopalń prowadzących odwadnianie ok. 2–6 MW.

W okresie letnim zapotrzebowanie na moc spada do poziomu ok. 10% pierwotnej mocy zainstalowanej i jest ona wykorzystywana głównie do zaspokojenia potrzeb łaźni górniczych [2].

Wody pochodzące z odwadniania kopalń zgodnie z Prawem wodnym [3] traktowane są jak ścieki i w zdecydowanej większości odprowadzane do cieków powierzchniowych. Każdy zakład górniczy zobowiązany jest do posiadania pozwolenia wodnoprawnego na prowadzenie odwadniania, co umożliwia znaczne skrócenie procedury formalno-prawnej przy realizacji inwestycji związanej z pozyskiwaniem ciepła. Z uwagi na konieczność odwadniania wszystkich czynnych kopalń oraz części zlikwidowanych potencjalny inwestor instalacji nie poniesie kosztów związanych z pompowaniem wody.

Pierwsze instalacje pomp ciepła oparte na wodach kopalnianych powstały w Centralnym Zakładzie Odwadniania Kopalń w Czeladzi oraz w Zakładzie Górniczym Sobieski w Jaworznie.

Centralny Zakład Odwadniania Kopalń – Pompownia Saturn

Centralny Zakład Odwadniania Kopalń (CZOK) powstał w 2000 roku w ramach Spółki Restrukturyzacji Kopalń (SRK). Jego głównym zadaniem jest ochrona czynnych kopalń przed zagrożeniem wodnym poprzez prowadzenie odwadniania zlikwidowanych zakładów górniczych. Jednym z nich jest Pompownia Saturn (dawna KWK Saturn) zlokalizowana w Czeladzi, gdzie mieści się również siedziba CZOK. Działalność zakładu finansowana jest z budżetu państwa.

W 2008 roku SRK przystąpiła do międzynarodowego projektu Remining-Lowex mającego na celu ocenę możliwości wykorzystana ciepła z wód kopalnianych w krajach Unii Europejskiej.

Celem projektu było m.in. wybudowanie pilotażowej instalacji do odzysku ciepła w siedzibie CZOK w Czeladzi. Środki finansowe na jego realizację pozyskano z dotacji budżetowej oraz UE.

Tabela 1. Parametry wód pompowanych w Pompowni Saturn

W ramach inwestycji przeprowadzonej w 2012 roku dokonano termomodernizacji głównego budynku administracji CZOK, zbudowano też instalację grzewczą bazującą na wodach kopalnianych, zastępującą dotychczasowe ogrzewanie elektryczne [4].

Odwadnianie zlikwidowanej KWK Saturn prowadzone jest w celu zabezpieczenia czynnych kopalń północnej części GZW. Kopalnia ta należała do najbardziej zawodnionych w całym górnictwie węgla kamiennego w Polsce. W 2011 roku w celu redukcji kosztów przeprowadzono modernizację i uproszczono istniejący system odwadniania. W szybie Paweł zatopiono agregaty pompowe, a powierzchniową infrastrukturę zlikwidowano. Ilość pompowanych wód wynosi obecnie ok. 15 m3/min (900 m3/h), a ich temperatura ok. 13°C. Są to wody o stosunkowo niskiej mineralizacji, charakteryzujące się wysokim stężeniem związków żelaza oraz manganu [5]. Parametry wód pochodzących z odwadniania Pompowni Saturn przedstawiono w tabeli 1.

Z uwagi na dużą zawartość związków żelaza w pompowanych wodach oraz możliwość ich wytrącania na powierzchni wymiennika pośredniego niemożliwe jest podanie wód kopalnianych do instalacji pomp ciepła bez wcześniejszego uzdatnienia. Wymagało to utworzenia stacji uzdatniania wody kopalnianej.

Fot. 1. Przekrój przez rurociąg obiegu wody kopalnianej; na wewnętrznych ściankach widoczne wytrącenia związków żelaza; fot. Spółka Restrukturyzacji Kopalń Centralnego Zakładu Odwadniania Kopalń (SRK CZOK)
Fot. 1. Przekrój przez rurociąg obiegu wody kopalnianej; na wewnętrznych ściankach widoczne wytrącenia związków żelaza; fot. Spółka Restrukturyzacji Kopalń Centralnego Zakładu Odwadniania Kopalń (SRK CZOK)

Woda surowa pobierana jest ze zbiornika przelewowego zlokalizowanego przy szybie Paweł, skąd rurociągiem zasilającym przepompowywana jest do budynku SUW. Po jej oczyszczeniu w stacji filtrów kierowana jest rurociągiem na wymiennik obiegu pierwotnego zlokalizowany w budynku CZOK. Po oddaniu ciepła trafia ponownie do zbiornika przelewowego, a jej nadmiar zrzucany jest do rzeki Brynicy.

Woda kopalniana uzdatniana jest w technologii opartej na utlenianiu związków żelaza i manganu za pomocą powietrza pochodzącego ze sprężarki oraz filtracji na mieszaninie złóż kwarcowego i hydroantracytowego.

Woda w ilości 23 m3/h kierowana jest do kolumny napowietrzającej. Następnie trafia do filtrów (w układzie: dwa pracujące, jeden w regeneracji), gdzie następuje usunięcie wytrąconych związków żelaza oraz manganu. Odżelaziona i odmanganiona woda trafia rurociągiem do wymiennika instalacji pomp ciepła.

Część uzdatnionej wody jest retencjonowana w dwóch zbiornikach o pojemności 13 m3 każdy, zapewniających wodę na potrzeby płukania filtrów [6]. Z uwagi na dużą zawartość żelaza w wodzie surowej niezbędne jest okresowe czyszczenie rurociągów zasilających SUW.

Rys. 1. Roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną do celów grzewczych przed i po realizacji inwestycji w Rejonie Saturn
Rys. 1. Roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną do celów grzewczych przed i po realizacji inwestycji w Rejonie Saturn

Na fot. 1 pokazano rurociąg obiegu wody kopalnianej wraz z wytrąconymi w nim tlenkami żelaza.

  • Zasilająca sieć centralnego ogrzewania centrala cieplna składa się z dwóch pomp ciepła typu woda/woda Vitocal 300-G: typ WW145 o mocy 58,9 kW – pierwszy stopień oraz WWS145 – drugi stopień.
  • Całkowita moc grzewcza instalacji wynosi 117,8 kW.
  • Do spełnienia potrzeb grzewczych budynku kaskada pomp ciepła wymaga dostarczenia ok. 0,31 m3/min (18,6 m3/h) wody kopalnianej (mniej niż 5% całkowitej ilości pompowanych wód).
  • W instalacji c.o. zastosowano ogrzewanie wodne o parametrach 55/45°C z grzejnikami płytowymi.
  • W wybranych pomieszczeniach zaprojektowano ogrzewanie za pomocą klimakonwektorów z funkcją chłodzenia w okresie letnim.
  • Klimakonwektory do celów grzewczych zasilane są wodą o parametrach 55/45°C, a do celów chłodniczych 12/20°C.
  • W układzie grzewczym zastosowano również pięć buforowych zasobników ciepła o pojemności 1000 dm3 każdy. W razie awarii pozwala to zapewnić ciągłość dostaw ciepła.
  • Podczas awarii jednej z pomp ciepła druga pracuje z ograniczoną mocą.
  • Szczytowe zapotrzebowanie na ciepło występuje tylko kilka dni w roku, dlatego krótkookresowa praca jednej pompy ciepła pozwala zabezpieczyć potrzeby grzewcze budynku [7].

W ramach realizowanego projektu przeprowadzono również termomodernizację siedziby CZOK.

  • Budynek składa się z dwóch kondygnacji oraz części podpiwniczonej.
  • Użytkowa kubatura ogrzewana wynosi 6040 m3.
Rys. 2. Efekt ekologiczny uzyskany w wyniku ograniczenia zużycia energii elektrycznej w Centralnym Zakładzie Odwadniania Kopalń w Czeladzi
Rys. 2. Efekt ekologiczny uzyskany w wyniku ograniczenia zużycia energii elektrycznej w Centralnym Zakładzie Odwadniania Kopalń w Czeladzi

Dotychczasowym źródłem ciepła była instalacja elektryczna z grzejnikami konwektorowymi. Roczne zużycie energii elektrycznej na potrzeby ogrzewania wynosiło przed termomodernizacją 410,7 MWh/rok.

W ramach termomodernizacji ocieplono budynek i stropodach oraz wymieniono stolarkę okienną.

Po rozpoczęciu eksploatacji instalacji pomp ciepła zużycie energii elektrycznej na potrzeby grzewcze spadło do 132,9 MWh/rok. Oznacza to zmniejszenie zapotrzebowania na energię elektryczną o niemal 278 MWh/rok (rys. 1).

Szacuje się, że zysk netto wyniesie 101 tys. zł/rok, a czas zwrotu nastąpi po 10 latach [4].

Efekt ekologiczny uzyskany dzięki ograniczeniu zapotrzebowania na energię elektryczną przedstawiono na rys. 2.

Czytaj też: Produkcja energii elektrycznej i cieplnej w wysokosprawnej kogeneracji >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[energia, pompy ciepła, wykorzystanie energii odpadowej, wykorzystanie wód kopalnianych, kopalnia, odwadnianie kopalń, wody kopalniane ]

   09.05.2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Poznaj nowinki z branży HVAC »

klimatyzatory

 



4 sposoby zastosowania wymienników ciepła »

Na czym polega automatyzacja instalacji  w technice budowlnej »
wymienniki ciepła systemy kanalizacyjne
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Grzejnik czy podłogówka - czym ogrzewać? »

ogrzewanie hybrydowe

 



Jak prawidłowo odizolować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

Zdradzamy 3 funkcje ultra nowoczesnych klimatyzatorów »
produkcja studni wodomierzowych film o pompowni ppoz
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Czy znasz 5 funkcji, które ułatwią pomiary? »

systemy wentylacyjne

 



Poznaj sposób na optymalizację strat energii »

Jakie są korzyści płynące ze stosowania pomp wodnych »
pompy cyrkulacyjne pompy wodne
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zaprojektować niezawodne instalacje w budynku »

innowacyjne projektowanie instalacji

 



5 sposobów na szybką i dokładną pracę w miernictwie »

Dobierz wielogazowy detektor podtynkowy »
rozwiązania pomiarowe detektor gazów
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Elektryka nie jest Ci obca? Dołącz do klubu »

klub instalatora

 



Dobierz urządzenie tłoczące do pomieszczenia » Jaki rekuperator nadaje się do budynków jednorodzinnych »
kanalizacja centrale rekuperacyjne
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2020

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne kotły na gaz i paliwa stałe
  • - Dezynfekcja powietrza wentylacyjnego
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl