The geoenvironmental impact of Klaipėda geothermal plant

Abstract

A potential impact of geothermal energy exploitation on the underground of the Upper Phanerozoic following various schemes of thermal water extraction and injection to the productive aquifer and other aquifers was modelled on an example of Klaipėda demonstration geothermal plant (KDGP). The obtained results showed that: 1 – thermal energy resources in the productive Viešvilė aquifer are sufficient for operation of KDGP at project geothermal output 20.8 MW for 50 years; 2 – at a distance 0.2–0.5 km around the injection wells, the water level in the productive layer rises above the ground; 3 – the temperature in the productive complex falls down in an area of approximately 15 km²; 4 – the spent mineralized (95 g/l) water of productive aquifer returned into the Upper Permian-Žagarė aquifer may reach the freshwater waterworks in 10 years; 5 – yet its short-lasting emergency injections represent no real hazard for waterworks; 6 – the interaction of groundwater of different temperature and chemical composition may slightly elevate the saturation of mixture with the ferrous minerals (hematite and magnetite) and allow their precipitation in the layer or well filters; 7 – the cooling of Viešvilė aquifer from 37–39 to 11 °C in the impact zone of injection wells during 50 years is an irreversible process; complete regeneration of temperature due to geothermal flux lasts for about 6000 years.

Article in English.

Klaipėdos geoterminės jėgainės poveikis geologinei aplinkai 

Santrauka. Potencialus geoterminės energijos gavybos poveikis viršutinei fanerozojaus daliai, taikant įvairias terminio vandens gavybos ir grąžinimo į produktyvųjį ir kitus vandeninguosius sluoksnius schemas, vertintas Klaipėdos parodomosios jėgainės pavyzdžiu. Atlikus modelinius tyrimus nustatyta: 1 – išsprendus injektavimo problemą, produktyvaus Viešvilės komplekso šiluminės energijos ištekliai yra pakankami 50 metų jėgainei veikti planuotu 20,8 MW geoterminiu galingumu; 2 – injektuotas vanduo gavybinius gręžinius pasiekia per 10–15 metų, tačiau jo dalis debite po 50 metų neviršija 10%; per 50 metų produktyviame komplekse temperatūros pažemėjo maždaug 15 km² plote; 3 – panaudoto mineralizuoto (apie 95 g/l) vandens grąžinimas į Šventosios – Upninkų kompleksą esminio neigiamo poveikio jo hidrodinamikai, hidrochemijai ir šiluminiam režimui nedaro; analogiškai injektavus į viršutinio permo – Žagarės horizontą, gėlo vandens vandenvietes grąžintas vanduo pasiektų per 10 metų; 4 – įvairių temperatūrų ir cheminės sudėties požeminio vandens sąveika gali nežymiai padidinti mišinio įsotinimą geležies mineralais (hematitu ir magnetitu) ir sukelti jų nusėdimą sluoksnyje ar gręžiniu filtruose; Viešvilės komplekso atšalimas poveikio zonoje nuo 37–39 °C iki 11 °C, kurį lėmė 5–50 metų trukmės injektavimas, yra istoriškai negrįžtamo pobūdžio. Sustabdžius injektavimą kompleksas iki pradinės temperatūros įšiltų daugiau kaip per 6000 metų.

Reikšminiai žodžiai: Vakarų Lietuvos geoterminė anomalija, geoterminė energija, Klaipėdos parodomoji jėgainė, hidrodinamika, medžiagų ir šilumos pernaša, modeliavimas, poveikio prognozė.

Воздействие Клайпедской геотермальной станции на геологическую среду

Резюме. Оценка возможного воздействия добычи геотермальной энергии на верхнюю часть осадочного чехла при различных схемах закачки использованной воды в продуктивный и другие горизонты проведена моделированием участка Клайпедской показательной станции. Исследование показало, что: 1 – запасы тепловой энергии продуктивноговешвильского комплекса нижнего девона достаточны для эксплуатации станции с предусмотренной производительностью в 20.8 MW на протяжении 50 лет; 2 – использованная и возвращенная в продуктивный комплекс водак эксплуатационным скважинам поступает через 10–15 лет, однако ее доля в расходе и спустя 50 лет останетсяменее 10%; 3 – закачка использованной минерализованной (95 г/л) воды в швянтойскоупнинкайский комплекссущественного отрицательного воздействия на его гидро и термодинамику, а также химический состав не оказывает; аналогичная закачка в верхнепермскожагарский горизонт привела бы к выходу из строя водозабора пресных вод через 10 лет; 4 – смешение подземных вод различного состава и температуры повышает насыщенностьсмеси гематитом и магнетитом и их выпадение; 5 – охлаждение продуктивного комплекса за 50 лет закачки охватывает площадь порядка 15 км² и в историческом масштабе времени за счет кондукции тепла является необратимым – восстановление температуры с 11 °C до исходной 37–39 °C возможно спустя 6000 лет.

Ключевые слова: Западно-Литовская геотермальная аномалия, геотермальная энергия, Клайпедская показательная станция, гидродинамика, тепло-массоперенос, моделирование, прогноз воздействия.

Keyword : hydrodynamics, mass and heat transport, modelling, West Lithuanian geothermal anomaly, geothermal energy, Klaipėda geothermal plant