Praca naukowo-badawcza dla Muzeum Śląskiego w Katowicach

Praca naukowo-badawcza pt. "Projekt instalacji geotermalnej do odbioru ciepła z wód kopalnianych na potrzeby grzewcze Nowego Muzeum Śląskiego" została wykonana w ramach konsorcjum utworzonego wraz z Głównym Instytutem Górnictwa z Katowic w okresie 12.2007 - 06.2008. Praca ta była kontynuacją opracowanego wcześniej na zlecenie Urzędu Miasta Katowice "Studium celowości odbioru ciepła z wód kopalnianych na potrzeby projektowanych obiektów na terenie zlikwidowanej kopalni Katowice".

Tereny po zlikwidowanej kopalni zostały przekazane Muzeum Ślaskiemu celem wybudowania jego nowej siedziby. Równocześnie z jednego z szybów na tym terenie w dalszym ciągu wypompowywane sa wody kopalniane, celem ochrony sąsiednich czynnych kopalń przed zalaniem. Woda ta posiada temperaturę 19 ^OC, stanowi więc bardzo dobre dolne źródło ciepła dla pomp ciepła. Zaistniała zatem interesująca technicznie oraz bardzo korzystna ekologicznie alternatywa w stosunku do konwencjonalnych źródeł ciepła i energii elektrycznej dla zaspokojenia potrzeb energetycznych nowoprojektowanych budynków Muzeum.

Podstawowymi celami projektu były:

obniżenie przyszłych kosztów eksploatacyjnych Nowego Muzeum Śląskiego,
obniżenie wpływu na środowisko projektowanego obiektu (carbon footprint),
promocja i popularyzacja przyjaznych środowisku rozwiązań energetycznych.

Średnia ilość wypompowywanych wód kopalnianych w okresie 2002 - 2007 wyniosła 4,8 - 9,0 m³/min. Przy przyjęciu minimalnej temperatury wód na poziomie 19 ^OC oraz ich schłodzeniu do temperatury 8 ^OC, moc cieplna możliwa do pozyskania wynosi od 3,7 - 6,9 MW. Wody kopalniane wypompowywane są za pomocą jednego z dwóch zainstalowanych agregatów pompowych RITZ, o wydajności 9,0 m³/min każdy.

Parametry fizykochemiczne wód kopalnianych:

średnia temperatura na wylocie 19,3 – 19,8 ^OC,
odczyn pH 6,75 - 7,15,
mineralizacja 3 - 5 g/dm³,
twardość 80 - 90 ^On (wody b. twarde),
zawiesina < 20 mg/dm³.

Parametry zbiornika wód kopalnianych:

objętość ok. 7,0 mln m³,
zasób ciepła ok. 500 tys. GJ,
poziom lustra wody -204,5 - -197,5 m, tj. 477,3 - 484,3 m p.p.t.

W I etapie budowy Nowego Muzeum Śląskiego zaplanowana została budowa budynku głównego Muzeum oraz adaptacja budynku magazynu odzieżowego oraz budynku maszyny wyciągowej szybu "Warszawa". Zapotrzebowanie na moc cieplną dla tych obiektów wynosi ok. 3,0 MW. Porównując tą wielkość z minimalnym potencjałem cieplnym wód kopalnianych (3,7 MW) można stwierdzić, że istnieje możliwość całkowitego zabezpieczenia potrzeb cieplnych obiektów Muzeum realizowanych w tym etapie z wykorzystaniem ciepła zawartego w wodach kopalnianych. Odległość od szybu Bartosz II, którym są wypompowywane wody dołowe, do strefy, w której zlokalizowany będzie główny gmach Muzeum wynosi 135 m.

Przeprowadzona w Studium celowości analiza jednoznacznie wskazuła na obiekty Nowego Muzeum Śląskiego jako optymalne z punktu widzenia technicznego zagospodarowania ciepła z wód kopalnianych ze względu na następujące aspekty:

najkorzystniejsza lokalizacja względem szybu Bartosz II,
przewidywana moc cieplna wszystkich obiektów porównywalna z maksymalnym potencjałem ciepła zawartym w wypompowywanych wodach kopalnianych,
przewidywana moc cieplna obiektów realizowanych w pierwszej kolejności porównywalna z minimalnym potencjałem cieplnym wód kopalnianych,
przy odpowiednim zaaranżowaniu, nowoczesna instalacja technologiczna źródła ciepła może stanowić również element wystawienniczy.

W trakcie pracy przeanalizowano zarówno rozwiązania wykorzystujące ciepło geotermalne wód kopalnianych:

sprężarkowe pompy ciepła,
absorpcyjne pompy ciepła,
sprężarkowe pompy ciepła zasilane w energię elektryczną za pomocą agregatu kogeneracyjnego zasilanego gazem ziemnym

jak również rozwiązania konwencjonalne:

węzeł cieplny przyłączony do miejskiej sieci ciepłowniczej,
kotłownia gazowa.

Roczne koszty ogrzewania obiektów Muzeum (I etap) z zastosowaniem optymalnego źródła energii, jakim są w tym przypadku pompy ciepła wraz z gazowym agregatem kogeneracyjnym, określono w kwocie 440 tys. zł rocznie, podczas gdy dla pozostałych wariantów mieszczą się one w zakresie 670 - 990 tys. zł rocznie. Ponieważ wariantem odniesienia było przyłączenie do miejskiej sieci ciepłowczej (roczny koszt eksploatacyjny 730 tys. zł rocznie), eksploatacja instalacji daje roczną oszczędność wynoszącą 290 tys. zł, co stanowi aż 40-procentową redukcję kosztów zakupu ciepła.

Koszt budowy źródła ciepła oszacowano w kwocie ok. 5 mln zł, co daje prosty czas zwrotu na poziomie 17,2 lat. Jest to długi okres czasu, lecz przy pozyskaniu dotacji ze środków unijnych na poziomie 60 % czas zwrotu ulega skróceniu do 7 lat, co dla tego typu inwestycji jest wielkością akceptowalną.

Efekt ekologiczny w sensie wielkości emisji CO₂ na potrzeby ogrzewania obiektu jest jeszcze bardziej wymowny. Produkcja energii elektrycznej w agregacie kogeneracyjnym i wykorzystanie jej na potrzeby obiektu powoduje obniżenie emisji w elektrowniach zawodowych. Uwzględniając ten efekt instalacja optymalna powoduje emisję dwutlenku węgla do atmosfery w ilości zaledwie 77 Mg rocznie, podczas gdy pozostałe żródła ciepła emitują 1.050 - 3.687 Mg rocznie (wartość najwyższa dotyczy właśnie węzła cieplnego, zasilanego z węglowego źródła ciepła).

Reasumując, argumentami przemawiającymi za realizacją projektu były:

dynamiczny wzrost cen energii,
niższe koszty eksploatacyjne,
redukcja emisji CO₂,
promocja OZE,
zwiększanie świadomości ekologicznej społeczeństwa,
zwiększone bezpieczeństwo energetyczne obiektów,
dalsze możliwości optymalizacji projektu (klimatyzacja),
zgodność ze strategią unijną, krajową i regionalną w zakresie ochrony środowiska.

Natomiast argumentami przemawiającymi przeciw realizacji projektu były:

wysokie koszty inwestycyjne (konieczność dotacji projektu),
zwiększone zaangażowanie organizacyjne inwestora,
ryzyko niekorzystnego dla projektu ukształtowania się cen energii na rynku,
ryzyko wystąpienia przerw w pompowaniu lub zaniechania pompowania przez CZOK.

Podsumowując uwarunkowania projektu w skali makro, jego realizacja jest szczególnie wskazana w celu:

wypełnienia zobowiązań w zakresie wykorzystania Odnawialnych Źródeł Energii,
aktywnej ochrony środowiska poprzez unikanie dodatkowej emisji gazów cieplarnianych oraz substancji zanieczyszczających do atmosfery,
kreowania wizerunku miasta/regionu jako innowacyjnego w zakresie wytwarzania energii, co ma szczególne znaczenie w odniesieniu do faktu, że rejon ten tradycyjnie związany jest z górnictwem węgla kamiennego, podstawowego surowca energetycznego kraju.

Projekt pt. "Instalacja geotermalna do odbioru ciepła z wód kopalnianych na potrzeby grzewcze Nowego Muzeum Śląskiego" uzyskał wyróżnienie w konkursie Panteon Polskiej Ekologii, organizowanym w ramach Międzynarodowych Targów Poznańskiech POLEKO 2008.

Kopalnia Katowice - panorama

Szukaj w serwisie: