Assessment of possibilities of electricity production in flash geothermal system in Poland

Abstract

An analytical method is described that expresses the specifi c power of a flash geothermal power plant with flash temperature regarded as a variable. The analysis was carried out for a condensation temperature for fluid exiting a theoretical turbine and for a given geothermal reservoir temperature. The method is a linear approximation of the established method for optimizing separator pressure. This linear approximation makes it possible to obtain an analytical expression for the optimum flash temperature (fixing the separation pressure) at which the maximal specific power is obtained. A discussion arose in Poland during extensive research related to the application of binary systems, HDR (Hot Dry Rock), and EGS (Enhanced Geothermal System) technologies for the production of electricity. This concerned the hypothetical possibility of using geothermal flash systems for this purpose. Therefore, the above procedure was applied to Polish geothermal conditions to assess the theoretical possibilities of operating such systems at the reservoir temperatures anticipated in Poland. In the lower Triassic formations in central Poland, there are geothermal resources with temperatures hovering above 130°C. However, low net power values were estimated following the application of the procedure, when combined with the large investment costs involved (the high-temperature resources lie at a depth more than 4000 m), this is not condusive for the efficient application of such systems. On the other hand, the possible application of binary systems to electricity production in that area is realistic and justified.

Przedstawiono metodykę oceny dostępnej mocy jednostkowej (odniesionej do strumienia płynu geotermalnego) siłowni geotermalnej wykorzystującej obieg z separacją pary (ang. flash system). Analizy prowadzono, uwzględniając temperaturę kondensacji pary wychodzącej z turbiny przy różnej temperaturze złożowej. Zaproponowano metodykę optymalizacji ciśnienia separacji pary przy założeniu, że ekspansja pary w turbinie zachodzi izentropowo. Uwzględniając te założenia, opracowano analityczną zależność umożliwiającą ocenę optymalnej temperatury (której odpowiada optymalne ciśnienie), dla której powinien być prowadzony proces separacji pary i cieczy. Optymalizację prowadzono z zamiarem osiągnięcia maksymalnej mocy elektrycznej dostępnej dla określonego strumienia płynu geotermalnego. Prezentowane w artykule rozważania zostały zainicjowane badaniami dotyczącymi możliwości wykorzystania systemów ciepła gorących suchych skał HDR (ang. Hot Dry Rock) i geotermalnych systemów wspomaganych EGS (ang. Enhanced Geothermal System) do produkcji energii elektrycznej w polskich warunkach geotermalnych. W centralnej Polsce w utworach triasu dolnego przewiduje się możliwość eksploatacji płynów geotermalnych o temperaturze ponad 130°C. Jednak z uwagi na niewielką osiąganą moc elektryczną, w połączeniu z wysokimi przewidywanymi nakładami inwestycyjnymi (wspominane zasoby energii geotermalnej zalegają na głębokościach większych niż 4000 m), wykorzystanie tych systemów raczej nie będzie opłacalne. Zasoby te mogą zostać jednak efektywnie zagospodarowane do wytwarzania energii elektrycznej w siłowniach binarnych.