ODREĐIVANJE STATIČKE TEMPERATURE TLA KAO DIJELA VRJEDNOVANJA PLITKIH GEOTERMALNIH POTENCIJALA

The undisturbed ground temperature is one of the key thermogeological parameters for the assessment and utilization of shallow geothermal resources. Geothermal energy is the type of energy which is stored in the ground where solar radiation has no effect. The depth at which the undisturbed ground temperature occurs, independent of seasonal changes in the surface air temperature, is functionally determined by climate parameters and thermogeological properties. In deeper layers, the increase of ground temperature depends solely on geothermal gradient. Determining accurate values of undisturbed ground temperature and depth of occurrence is crucial for the correct sizing of a borehole heat exchanger as part of the ground-source heat pump system, which is considered the most efficient technology for utilising shallow geothermal resources. The purpose of this paper is to define three specific temperature regions, based on the measured ground temperature data collected from the main meteorological stations in Croatia. The three regions are: Northern Croatia, Adriatic region, and the regions of Lika and Gorski Kotar.Statička temperatura tla jedan je od najvažnijih termogeoloških parametara nužnih za vrjednovanje i iskorištavanje plitkih geotermalnih resursa. Geotermalnom energijom smatra se energija pohranjena u tlu na dubinama gdje nema utjecaja sunčevog zračenja s površine. Vrijednost dubine na kojoj se pojavljuje statička temperatura tla, neovisna o sezonskim promjenama temperature zraka na površini, u funkciji je klimatskih parametara na površini i termogeoloških karakteristika samog tla. Nakon dubine gdje se pojavljuje statička vrijednost temperature, njezin daljnji porast uvjetovan je veličinom geotermalnog gradijenta. Točno determinirane vrijednosti statičke temperature tla i dubina pojavljivanja nužne su za pravilno modeliranje duljine bušotinskog izmjenjivača topline u sustavu s dizalicom topline, kao najučinkovitije tehnologije za iskorištavanje plitkih geotermalnih resursa. U radu su, temeljem mjerenih podataka temperatura tla s glavnih meteoroloških postaja, definirane tri specifične temperaturne regije: sjeverni dio Hrvatske, Jadransko područje i Lika i Gorski kotar

ANALYSIS OF POTENTIALS OF SHALLOW GEOTHERMAL RESOURCES IN HEAT PUMP SYSTEMS IN THE CITY OF ZAGREB

Vrijednosti geotermalnog gradijenta i toplinskog toka za područje sjeverne Hrvatske više su od europskog prosjeka što je osnovni preduvjet i pokazatelj potencijala plitkih geotermalnih resursa, a koji zasad u RH nisu odgovarajuće iskorišteni niti valorizirani, dok u EU ova tehnologija ima gotovo eksponencijalni godišnji porast u instaliranim kapacitetima. Činjenica je da Hrvatska koristi dva do tri puta više energije po jedinici bruto nacionalnog proizvoda nego većina zemalja članica EU, što dovodi do prekomjernog uvoza energetskih mineralnih sirovina, veće proizvodne cijene, problema kompetitivnosti proizvoda i usluga na europskom i svjetskom tržištu, kao i negativnog utjecaja na okoliš. Za razvoj i implementaciju tehnologije geotermalnih toplinskih pumpi u Republici Hrvatskoj trenutačno postoji nužna tehničko-tehnološka i distributivna infrastruktura, ali ne i popratna zakonska regulativa, ekološki propisi i sigurnosni zahtjevi koji se odnose na izgradnju bušotinskih izmjenjivača topline, što je najvažniji ograničavajući faktor. U ovom radu, na primjeru novoizgrađene poslovne zgrade, programskim paketom RETScreen prikazat će se tehnoekonomska analiza isplativosti ugradnje geotermalna toplinske pumpe u odnosu na konvencionalni sustav grijanja i hlađenja.The values of geothermal gradient and heat flow in the northern Croatia are above the European average which is the principal precondition and the indicator of the potentials of shallow geothermal resources. Still, at the time being they are not adequately used nor valorised in the Republic of Croatia, while in the EU this technology has almost exponential annual increase in the installed capacities. The fact is that Croatia uses two to three times more energy per unit of gross national product than the most of the EU member states, which results in the redundant import of mineral raw materials, higher costs, problems of product competitiveness and services in the European and global market, as well as its negative impact on the environment. Croatia has the technical/technological and distributed infrastructure necessary for the development and implementation of geothermal heat pump technology, but there are not adequate legal regulations, ecological regulations and security requirements which refer to the construction of borehole heat exchangers. The latter is considered to be the most important limiting factor. By means of the RETScreen program this paper presents a technoeconomic analysis of the cost effectiveness of the geothermal heat pump installation when compared to the conventional heating and cooling system on the example of a newly built business building

NEGATIVE ENVIRONMENTAL IMPACTS DUE TO GLOBAL BIODIESEL PRODUCTION

Sažetak Količina fosilnog goriva koje čovječanstvo danas utroši tijekom jedne godine sačinjena je od organske materije koja je sadržavala 44×1015kg ugljika, što je 400 puta veća količina u odnosu na trenutačnu biološku godišnju proizvodnu kvotu organske materije našega planeta. Ovako velika potrošnja fosilnih goriva dovela je do uvođenja biogoriva kao jednog od alternativnih izvora energije, koje je nužno za smanjenje ovisnosti o fosilnim ugljikovodicima i emisije ugljičnog dioksida u atmosferu. Stoga je Europska unija odredila cilj o povećanju udjela biogoriva na 5,75 % u transportnom sektoru do 2010. godine. Biodizel se često naziva čistim, ekološkim i obnovljivim gorivom ali ako se cijela situacija promatra globalno, biodizel bi se također mogao nazvati i jednim od najopasnijih izvora energije za Zemljin ekosustav. Glavna opasnost od znatnog povećanja korištenja biogoriva dolazi zbog krčenja šuma kako bi se osiguralo neophodno tlo za uzgoj različitih usjeva. Svake godine velike površine tropskih prašuma Jugoistočne Azije i Južne Amerike nepovratno su izgubljene zbog potražnje transportnog sektora za biogorivom. Milijuni hektara šuma zadnjih su godina pretvoreni u plantaže palmi i šećerne trske, ugrožavajući tako ekosustav i opstanak mnogih životinjskih i biljnih vrsta. Krčenje šuma najčešće se provodi izazivanjem požara i isušivanjem prašumskih tresetnih močvara. Izgaranje drveta i oksidacija treseta tijekom sušenja uzrokuje oslobađanje ogromnih količina ugljičnog dioksida u atmosferu, što je u suprotnosti s nazivom biodizela kao \u27\u27CO2 uravnoteženog goriva\u27\u27. Stoga, svaki energetski proces i alternativno gorivo prije globalne uporabe mora biti promatrano i valorizirano kroz 4E princip: ekološki, energetski, ekonomski i edukacijski.Abstract Fossil fuels that mankind burns today in a single year were made from organic matter containing 44×1015kg of carbon, which is 400 times the net primary productivity of the planet’s current biota. Such large consumption of fossil fuels introduced biodiesel as one of the alternative sources of energy that is needed for decrease of dependence on fossil hydrocarbons and lowering of CO2 emissions into the atmosphere. Therefore, EU goal is to achieve biodiesel share of 5,75% in transportation sector until 2010. Biodiesel is often called clean, ecological and renewable alternative fuel. If whole situation is viewed globally, biodiesel could easily be named as one of the most dangerous sources of energy for Earth’s ecosystem. Main threat from large scale biofuel utilization comes from deforestation of land needed for cultivation of crops. Every year large areas of rainforests in South East Asia and South America are irretrievably lost due to world biofuel demand. Millions of hectares are turned into large palm and sugarcane plantation endangering ecosystem and survival of many species. Furthermore, large scale deforestation is often being conducted with forest fires and drying swamp areas of rainforests. Combustion of wood and oxidation of peat during drying process emits enormous quantities of CO2 into the atmosphere which is contrary to biodiesel appellation as “CO2 balanced fuel”. Every energetic process and alternative fuel before utilize globally must be viewed through complete production cycle and 4E principle: ecology, efficiency, economy and education

EXERGY POWER OF THE BINARY RANKINE CYCLE AT THE GEOTHERMAL RESERVOIR KUTNJAK-LUNJKOVEC

Opsežnim istražnim radovima koje je provela INA d.d. na utvrđivanju i osposobljavanju ležišta geotermalne vode za početnu proizvodnju, te angažmanu općine Legrad i Koprivničko-križevačke županije, ostvareni su preduvjeti za izgradnju prve hrvatske geotermalne elektrane na lokalitetu Kutnjak – Lunjkovec. Također, Vlada Republike Hrvatske je tijekom 2006. donijela zaključak o programu potpore projekta. Budući da u studiji Ekonomskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu pod nazivom \u27\u27Koncepcija gospodarske uporabe geotermalne energije na lokaciji Lunjkovec – Kutnjak\u27\u27, detaljna termodinamička analiza instalirane snage nije prikazana, niti su unutrašnji gubici elektrane uzeti u obzir, upitna je vrijednost od 2 MW neto instalirane snage. S obzirom na to da sveukupna ekonometrijska analiza projekta počiva upravo na toj vrijednosti, u ovom je radu energetski potencijal ležišta Kutnjak – Lunjkovec određen prema veličini proizvodnje za postojeći proizvodno-utisni par dvije bušotine: Kt-1 kao proizvodne, te Lun-1 kao utisne bušotine, u skladu s principom tehničke radne moći medija odnosno eksergije i primijenjenim prvim i drugim zakonom termodinamike.With comprehensive exploration activities and production field testing of the geothermal reservoir, that were conducted by INA d.d. Zagreb, as well as with engagement of Legrad municipality and Koprivničko-Križevačka County, necessary conditions for construction start-up of the Kutnjak-Lunjkovec geothermal power plant have been realized. Furthermore, Government of the Republic of Croatia, during year 2006, has adopted project support mechanism. Due to fact that in the \u27\u27Concept Study of Commercial Utilization of the Geothermal Energy at the Kutnjak-Lunjkovec locality\u27\u27, done by Faculty of Economics in Zagreb, there is no exact thermodynamic analysis of the installed power values, nor the internal losses of energy in the power plant were taken into consideration, value of presented 2 MWe installed net power becomes quite doubtful. Taking into account that entire economical analysis of the project relies on this particular value, in this article actual energy potential of the Kutnjak-Lunjkovec reservoir will be determined, in view of production and injection capabilities of two wells and exergy principle of reservoir valorisation, as well as in the light of the first and second law of thermodynamics

STRATEGIJA RAZVITKA GEOTERMALNE ENERGIJE U REPUBLICI HRVATSKOJ SUKLADNO POTICAJNIM MJERAMA EUROPSKE UNIJE ZA KORIŠTENJE OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

According to European Strategy for sustainable, competitive and secure energy, which guidelines are described in two documents: ‘’Green Paper: a European Strategy for Sustainable, Competitive and Secure Energy’’ and ‘’White Paper: Energy for the Future: Renewable Sources of Energy’’, it is predicted that share of renewable energy resources in total energy balance will raise from present 6% up to 15% until 2015. Croatia, as candidate country for EU admittance, with growing dependency upon imported energy because of continuous depletion of own energy resources, prior oil and gas, needs to follow EU strategic aims to achieve diversification of energy sources and implement and promote renewable energy resources. This paper presents strategy of geothermal resources development in Republic of Croatia for the period of 2007-2030 in cascade and cogeneration principle of energy utilization. These projections of geothermal energy development are part of comprehensive Strategy of Mineral Resources Development which is made by Faculty of Mining, Geology and Petroleum Engineering for Ministry of Economy, Labour and Entrepreneurship.Prema Europskoj strategiji za održivu, kompetitivnu i sigurnu energiju, a čije smjernice su opisane u dva dokumenta pod nazivom \u27\u27Green Paper: a European Strategy for Sustainable, Competitive and Secure Energy\u27\u27 i \u27\u27White Paper: Energy for the Future - Renewable Sources of Energy\u27\u27, predviđen je porast udjela obnovljivih izvora energije sa sadašnjih 6% u ukupnoj potrošnji energije na 15% u 2015. Hrvatska, kao zemlja kandidat za pridruženje EU, sa sve većim porastom uvoza svih oblika energenata treba slijediti EU trendove, postići diverzifikaciju energetskih izvora i snabdijevanja te promovirati obnovljive izvore energije u energetski sektor. Pomoću sveobuhvatne statističke analize predstavljena je strategija gospodarenja geotermalnom energijom, za razdoblje 2007-2030, u kogeneracijskoj i kaskadnoj proizvodnji toplinske i električne energije. Projekcija je izrađena za potrebe Ministarstva gospodarstva, rada i poduzetništva Republike Hrvatske i to kao integralni dio dokumenta pod naslovom \u27\u27Strategija gospodarenja mineralnim sirovinama RH\u27\u27

EXERGY POWER OF THE BINARY RANKINE CYCLE AT THE GEOTHERMAL RESERVOIR KUTNJAK-LUNJKOVEC

Opsežnim istražnim radovima koje je provela INA d.d. na utvrđivanju i osposobljavanju ležišta geotermalne vode za početnu proizvodnju, te angažmanu općine Legrad i Koprivničko-križevačke županije, ostvareni su preduvjeti za izgradnju prve hrvatske geotermalne elektrane na lokalitetu Kutnjak – Lunjkovec. Također, Vlada Republike Hrvatske je tijekom 2006. donijela zaključak o programu potpore projekta. Budući da u studiji Ekonomskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu pod nazivom \u27\u27Koncepcija gospodarske uporabe geotermalne energije na lokaciji Lunjkovec – Kutnjak\u27\u27, detaljna termodinamička analiza instalirane snage nije prikazana, niti su unutrašnji gubici elektrane uzeti u obzir, upitna je vrijednost od 2 MW neto instalirane snage. S obzirom na to da sveukupna ekonometrijska analiza projekta počiva upravo na toj vrijednosti, u ovom je radu energetski potencijal ležišta Kutnjak – Lunjkovec određen prema veličini proizvodnje za postojeći proizvodno-utisni par dvije bušotine: Kt-1 kao proizvodne, te Lun-1 kao utisne bušotine, u skladu s principom tehničke radne moći medija odnosno eksergije i primijenjenim prvim i drugim zakonom termodinamike.With comprehensive exploration activities and production field testing of the geothermal reservoir, that were conducted by INA d.d. Zagreb, as well as with engagement of Legrad municipality and Koprivničko-Križevačka County, necessary conditions for construction start-up of the Kutnjak-Lunjkovec geothermal power plant have been realized. Furthermore, Government of the Republic of Croatia, during year 2006, has adopted project support mechanism. Due to fact that in the \u27\u27Concept Study of Commercial Utilization of the Geothermal Energy at the Kutnjak-Lunjkovec locality\u27\u27, done by Faculty of Economics in Zagreb, there is no exact thermodynamic analysis of the installed power values, nor the internal losses of energy in the power plant were taken into consideration, value of presented 2 MWe installed net power becomes quite doubtful. Taking into account that entire economical analysis of the project relies on this particular value, in this article actual energy potential of the Kutnjak-Lunjkovec reservoir will be determined, in view of production and injection capabilities of two wells and exergy principle of reservoir valorisation, as well as in the light of the first and second law of thermodynamics

Exploitation of geothermal energy by using revitalized wells

Uslijed pada proizvodnje ugljikovodika očekuje se porast broja napuštenih, zavodnjenih i likvidiranih naftnih i plinskih bušotina na području Republike Hrvatske. Ovakve neperspektivne duboke bušotine imaju potencijal za iskorištavanje geotermalne energije, osobito na području Panonskog bazena gdje su utvrđene povišene vrijednosti geotermalnog gradijenta. Revitalizacija privremeno napuštenih, posebice suhih, bušotina moguća je prenamjenom u duboki koaksijalni izmjenjivač topline. Pridobivanje toplinske energije se zatim odvija cirkulacijom radnog fluida u zatvorenoj cirkulaciji kroz izmjenjivač.Due to the decline in hydrocarbon production, an increase in the number of abandoned, flooded and liquidated oil and gas wells in the Republic of Croatia is expected. Such deep wells have the potential to exploit geothermal energy, especially in the Pannonian Basin in Croatia, where elevated geothermal gradient values have been identified. Revitalization of temporarily abandoned, especially dry, wells is possible by converting them to a deep coaxial borehole heat exchanger. The exploitation of thermal energy then takes place by circulating the working fluid in a closed circulation through the exchanger

Analysis of geothermal energy exploitation on Karlovac geothermal field

Geotermalno ležište Rečica otkriveno je dvjema bušotinama: Ka-2 i Ka-3. Na temelju dubinskih mjerenja temperature u navedenim bušotinama utvrđena je ležišna temperatura od 140 °C. Predviđeno je da bušotina Ka-3 bude proizvodna, a bušotina Ka-2 utisna. Za crpljenje geotermalne vode iz bušotine Ka-3 predviđen je proizvodni interval na dubini od 1 900 do 3 523 m, dok je za utiskivanje ohlađene vode u bušotinu Ka-2 predviđen interval na dubini od 3200 do 4 145 m. Toplinska energija iskorištavala bi se stupnjevito, Clausius-Rankinovim procesom. S obzirom na ukupan stupanj djelovanja geotermalnog izvora, snagu treba izraziti kao tehničku radnu moć ili eksergiju, pri čemu se stanje radnog medija povratnim načinom dovodi u mehaničku i toplinsku ravnotežu s okolinom. Kako bi se osigurala toplinska obnovljivost geotermalne vode i održao ležišni tlak, ohlađena voda utiskivat će se natrag u ležište. Ekonomskom analizom procijenjena su ukupna investicijska ulaganja potrebna za razvoj geotermalne elektrane, te ekonomski pokazatelji isplativosti geotermalnog projekta. Proizvodnja električne energije na lokalitetu Rečica bila bi ekonomski opravdana principom kaskadnog korištenja toplinske energije i visokog stupnja godišnjeg korištenja.Geothermal reservoir Rečica was discovered with two wells: Ka-2 and Ka-3. Based on the results of investigations from abovementioned wells, the reservoir temperature of 140 Celsius degrees was determined. Ka-3 would be production well and Ka-2 injection well. Depth interval from 1 900 to 3 523 meters is designed for hot water production in Ka-3 well and depth interval from 3 200 to 4 145 meters is designed for injection of chilled water in Ka-2 well. Gradual utilization of reservoir heat energy can be planned by, applying Clausius-Rankin process. In view of total efficiency factor, energy output of geothermal source should be expressed as maximum useful work or exergy where reversible processes lead working fluid into mechanical and thermal environment conditions equilibrium. Chilled geothermal water would be returned through injection well to the same reservoir what assures heating reproducibility and pressure maintenance in the reservoir. Economic analysis estimated total investment costs needed for development of geothermal power plant, and economic indicators of profitability of geothermal project. The production of electricity from Rečica reservoir would be economically viable with cascade principle of heat energy utilization and a high annual degree of utilization

UTJECAJ GEOTERMALNOG GRADIJENTA NA MODELIRANJE DIZALICE TOPLINE

Undisturbed ground temperature is one of the most crucial thermogeological parameters needed for shallow geothermal resources assessment. Energy considered to be geothermal is energy stored in the ground at depths where solar radiation has no effect. At depth where undisturbed ground temperature occurs there is no influence of seasonal variations in air temperature from surface. Exact temperature value, and depth where it occurs, is functionally dependent on surface climate parameters and thermogeologic properties of ground. After abovementioned depth, increase of ground temperature is solely dependent on geothermal gradient. Accurately determined value of undisturbed ground temperature is beneficial for proper sizing of borehole heat exchangers. On practical example of building which is being heated and cooled with shallow geothermal resource, influences of undisturbed ground temperature and geothermal gradient, on size of borehole heat exchanger are going to be presented. Sizing of borehole heat exchanger was calculated with commercial software Ground Loop Designer (GLD), which uses modified line source and cylinder source solutions of heat conduction in solids.Statična temperatura tla je jedan od najvažnijih termo-geoloških parametara potrebnih za procjene plitkih geotermalnih izvora. Energija koja se smatra geotermalnom jest ona energija koja je pohranjena u tlu na dubinama gdje sunčeva radijacija nema utjecaja. Na dubinama gdje je statična temperatura tla nema utjecaja sezonskih varijacija u temperaturi zraka na površini. Točna vrijednost statične temperature i dubina na kojoj se uspostavlja je funkcionalno ovisna o klimatskim parametrima na površini te termogeološkim svojstvima tla. Ispod spomenute dubine, porast temperature tla je jedino vezan uz geotermalni gradijent. Točno određene vrijednosti netaknute ležišne temperature su korisne za dimenzioniranje bušotinskih izmjenjivača topline. U radu je prikazan utjecaj statične temperature tla i geotermalnog gradijenta na dimenzioniranje bušotinskog izmjenjivača topline u slučaju praktičnog primjera zgrade grijane i hlađene pomoću izmjenjivača topline s plitkim geotermalnim izvorom. Dimenzioniranje bušotinskog izmjenjivača topline je rađeno pomoću komercijalne aplikacije Ground Loop Design (GLD), čiji se algoritam temelji na modificiranom rješavanju vodljivosti topline u tlu s linijskim i cilindričnim izvorom

PERSPEKTIVE PROIZVODNJE SINTETIČKOG DIZELSKOG GORIVA IZ UGLJIKOVODIČNIH RESURSA U ZEMLJAMA IZVOZNICAMA NAFTE I PLINA

Production of synthetic diesel fuel through Fischer-Tropsch process is a well known technology which dates from II World War, when Germany was producing transport fuel from coal. This process has been further improved in the South Africa due to period of international isolation. Today, with high crude oil market cost and increased demand of energy from China and India, as well as global ecological awareness and need to improve air quality in urban surroundings, many projects are being planned regarding production of synthetic diesel fuel, known as GTL (Gas To Liquid). Most of the future GTL plants are planned in oil exporting countries, such are Qatar and Nigeria, where natural gas as by-product of oil production is being flared, losing in that way precious energy and profit. In that way, otherwise flared natural gas, will be transformed into synthetic diesel fuel which can be directly used in all modern diesel engines. Furthermore, fossil fuel transportation and distribution technology grid can be used without any significant changes. According to lower emissions of harmful gasses during combustion than fossil diesel, this fuel could in the future play a significant part of EU efforts to reach 23% of alternative fuel share till 2020., which are now mostly relied on biodiesel, LPG (liquefied petroleum gas) and CNG (compressed natural gas).Tehnologija proizvodnje sintetičkog dizel goriva pomoću Fischer-Tropsh procesa datira još od razdoblja 2. svjetskog rata, kada je Njemačka proizvodila dizelsko gorivo iz ugljena. Proces je nadalje usavršen u Južnoj Africi za vrijeme perioda međunarodne izolacije i nestašice goriva. Danas, uslijed visokih cijena sirove nafte na svjetskom tržištu te povećane potražnje energije iz Kine i Indije, kao i zbog globalne ekološke osviještenosti i potrebe za poboljšanjem kvalitete zraka, planira se veći broj projekata proizvodnje sintetičkog goriva, poznatijeg kao GTL. Većina budućih projekata planirana je u zemljama izvoznicama nafte kao što su na primjer Katar i Nigerija, gdje se prirodni plin, kao nus-produkt proizvodnje nafte, najčešće spaljuje. U tom slučaju, gorivi prirodni plin bi mogao biti transformiran u sintetičko dizelsko gorivo i primijenjen u svim modernim dizelskim motorima. Također, trenutna transportna, distribucijska i skladišna opskrbna mreža dizelskim gorivom može biti upotrijebljena bez većih modifikacija. Zbog manjeg udjela štetnih plinova u ispušnom plinu nego li kod fosilnog dizela. GTL gorivo bi moglo znatno doprinijeti cilju Europske Unije od 23% udjela alternativnih goriva u transportnom sektoru, uz postojeća goriva kao što su biodizel, ukapljeni naftni plin i stlačeni prirodni plin