Geotermina - energia z wnętrza Ziemi

Szczegóły

Kategoria: Ekologia i środowisko

Geotermia – energia z wnętrza Ziemi

W  Polsce istnieją bogate zasoby energii geotermalnej. Ich potencjał techniczny kształtuje się na poziomie 1512 PJ/rok, co stanowi około 30 proc. krajowego zapotrzebowania na ciepło. Niezwykle istotny jest przy tym fakt, że regiony o optymalnych warunkach geotermalnych  w dużej mierze obejmują obszary o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich i wiejskich, obszary silnie uprzemysłowione oraz rejony intensywnych upraw rolniczych. Właściwe wykorzystanie energii geotermalnej jest szansą na rozwój Polski w XXI wieku.

Energia geotermalna – możliwości wykorzystania 

Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających ich pory i szczeliny. Temperatura pod skorupą ziemską osiąga wartość do 1000⁰C.  Przez cały czas trwa nieustający przepływ ciepła od wnętrza Ziemi do górnych warstw skorupy, aż na jej powierzchnię. Im bliżej jądra planety, tym temperatura jest wyższa. Geoenergia stanowi zasób energii pierwotnej, który pochodzi z okresu formowania się Ziemi i został wzbogacony energią z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych – uranu, toru i potasu. Taki rodzaj energii jest w zasadzie niewyczerpalny, ponieważ stale uzupełnia go strumień ciepła przenoszonego z gorącego wnętrza Ziemi. Występowanie zasobów energii geotermalnej wysokotemperaturowej (powyżej 130⁰C) dotyczy obszarów wulkanicznych, tworzących wąskie, długie pasy (ryftowe lub subdykcyjne), które znajdują się na terenach Nowej Zelandii, Japonii, Indonezji, Kamczatki, Filipin, zachodnich wybrzeży USA; w Europie - we Włoszech, Grecji, Islandii, w rowie Renu. Natomiast energia geotermalna niskotemperaturowa (poniżej 130⁰C) jest związana głównie z basenami sedymentacyjnymi, zasobnymi w złoża ropy naftowej i gazu ziemnego.

W celu pozyskania energii wykonuje się odwierty do gorących wód geotermalnych. Po ich wypompowaniu i odebraniu od nich ciepła są ponownie wtłaczane do złoża. Wody geotermalne są zazwyczaj mocno zasolone, co wpływa na utrudnienie warunków pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych.

Źródła o niższej temperaturze są wykorzystywane przede wszystkim w ciepłownictwie do ogrzewania budynków mieszkalnych, pomieszczeń użyteczności publicznej, szklarni, upraw w gruncie i innych obiektów. Natomiast wody geotermalne osiągające temperaturę 120°C i wyższą można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej. Szacuje się, że jednostkowy koszt geotermalnej energii cieplnej jest około 20 proc. niższy od kosztu energii cieplnej wytwarzanej w ciepłowni konwencjonalnej. W produkcji energii cieplnej wody geotermalne wykorzystywane są jako samodzielne źródła ciepła lub źródła łączone z innymi nośnikami energii.

W Unii Europejskiej ciepłownie geotermalne pracują już w Islandii, gdzie 85 proc. domów ogrzewanych jest energią geotermalną, a 30 proc. korzysta z uzyskanej tą drogą  energii elektrycznej, jak również w Grecji, Włoszech, Turcji, Niemczech i Austrii. Potencjalne obszary, na których można produkować energię geotermalną występują też w niektórych rejonach Portugalii, Hiszpanii i Francji.

Zasoby w Polsce

Rozwój sektora odnawialnych źródeł energii ma istotne znaczenie dla osiągnięcia głównych celów polityki energetycznej naszego kraju. Wzrost wykorzystania naturalnych zasobów może pozwolić na uniezależnienie się od dostaw energii z zagranicy, a promocja energii odnawialnej sprzyja rozwojowi energetyki rozproszonej, opartej na lokalnie występującym potencjale.

Od ponad 20 lat wody geotermalne i zawarta w nich energia są w Polsce przedmiotem szczególnego zainteresowania z uwagi na możliwości ich wykorzystania do celów grzewczych, balneoterapii i rekreacji. Przeprowadzona na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat analiza ponad 1000 odwiertów umożliwiła opracowanie cyfrowych map występowania wód geotermalnych w naszym kraju oraz potencjalnych zasobów energii w nich zgromadzonych. Ich lokalizacja jest związana przede wszystkim z trzema głównymi jednostkami tektonicznymi: zachodnioeuropejską platformą paleozoiczną oraz Sudetami i Karpatami, wraz z ich przedgórzami.

Z przeprowadzonych dotychczas badań i analiz wynika, iż na obszarze Polski znajduje się co najmniej 6600 km² wód geotermalnych o temperaturach rzędu 27-125⁰C Zasoby te są dość równomiernie rozmieszczone na znacznej części obszaru Polski. Ich potencjał jest szacowany na około 1512 PJ/rok, co stanowi około 30 proc. krajowego zapotrzebowania na ciepło.

Do najistotniejszych czynników warunkujących efektywność przedsięwzięć związanych z wykorzystaniem złóż geotermalnych należą parametry hydrogeologiczne ujmowanych poziomów wodonośnych takie jak: temperatura wód, ich mineralizacja, zasobność, ciśnienie złożowe oraz głębokość występowania. W przypadku naszego kraju realne możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40 proc. obszaru, gdzie na głębokości 2 km temperatura osiąga 65⁰C, zasolenie nie przekracza 30 g/l, a wydajność źródła jest właściwa. Niezwykle istotny jest przy tym fakt, że regiony o optymalnych warunkach geotermalnych w znaczącym stopniu pokrywają się z obszarami o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich, terenami silnie uprzemysłowionymi oraz strefami intensywnych upraw rolniczych. Na terenach zasobnych w energię wód geotermalnych znajdują się m.in. takie miasta jak: Warszawa, Poznań, Szczecin, Katowice, Toruń czy Płock.

Możliwości rozwoju

W Polsce największe możliwości wykorzystania wód geotermalnych mają województwa: mazowieckie, warmińsko-mazurskie, kujawsko-pomorskie, zachodnio-pomorskie i pomorskie. Jak dotąd, w naszym kraju funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych: Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Stargard Szczeciński (14 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6 MJ/s), Słomniki (1 MJ/s), Lasek (2,6 MJ/s) oraz Klikuszowa (1 MJ/h). W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu.

Wody geotermalne są wydobywane przez otwory wiertnicze (otwory eksploatacyjne). Po odebraniu ciepła woda zatłaczana jest otworem chłonnym z powrotem do złoża (system dwuotworowy) – gdy woda jest wysoko zmineralizowana, około 100 g/l, np. Pyrzyce – lub odprowadzana do cieków powierzchniowych (system jednootworowy) – gdy woda jest zmineralizowana do około 8 g/l (woda pitna), np. w Uniejowie.

Najbardziej efektywnym i najprostszym sposobem zagospodarowania wód geotermalnych jest ich zastosowanie m.in. do celów grzewczych, w rolnictwie, do celów leczniczych i rekreacyjnych. Rozwiązania techniczne poszczególnych ciepłowni zależą od lokalnych warunków geotermalnych i możliwości zagospodarowania okresowych nadwyżek ciepła.

Instalacje geotermalne mogą pracować w układach:

• monowalentnym, w którym całe ciepło grzewcze jest pobierane z instalacji geotermalnej, a moc źródła jest dostosowana do mocy cieplnej odbiorcy;
• biwalentnym, w którym źródło geotermalne wspomagane jest kotłami konwencjonalnymi.

Gdy woda geotermalna ma niski stopień mineralizacji i nie jest chemicznie agresywna, może być wprowadzana bezpośrednio do instalacji ciepłowniczej odbiorców ciepła lub wykorzystana do celów konsumpcyjnych. Ciepło na potrzeby grzewcze lub do procesów technologicznych wytwarzane jest w centralnym źródle ciepła i rozprowadzane do odbiorców za pomocą magistrali przesyłowej.

Wśród zalet prowadzenia elektrociepłowni geotermalnych należy wymienić m.in. niski koszt eksploatacji, niski koszt obsługi (pełna automatyzacja) i niewielka opłata za zanieczyszczenie środowiska. Doświadczenia zagraniczne oraz obliczenia wykonane dla warunków polskich wykazują, że jednostkowy koszt pozyskania ciepła geotermalnego jest niższy niż w elektrociepłowniach konwencjonalnych. Według danych światowych średni nakład inwestycyjny na budowę elektrociepłowni geotermalnej kształtuje się na poziomie około miliona euro za 1 MW mocy zainstalowanej. Koszt produkcji 1 kWh z tego typu elektrowni szacuje się na około 0,06 zł. Oznacza to, że stopa zwrotu z takiej inwestycji wynosi cztery, pięć lat.

Większość polskich miast jest ogrzewana za pośrednictwem ciepłowni zasilanych miałem węglowym. Zastosowanie geotermii wpływa na redukcję emisji CO2, NO₂, SO2, pyłów i innych szkodliwych substancji będących produktami spalania miału węglowego. Geotermia w odróżnieniu do innych odnawialnych źródeł energii pracuje 24/dobę przez 7 dni w tygodniu, bez względu na warunki atmosferyczne. Wody geotermalne oprócz zabezpieczenia potrzeb ciepłowniczych i w pewnym stopniu energetycznych mogą być jeszcze wykorzystane do celów rekreacyjno-balneologicznych.

Ciepło pochodzące ze źródeł geotermalnych jest dystrybułowane do odbiorców za pośrednictwem podłączonych do nich sieci ciepłowniczych, które działają w większości polskich miast. Każdy użytkownik takiej sieci może korzystać z tej energii bez dodatkowych nakładów pracy. Prywatne inwestycje wymagają dość dużych nakładów finansowych. Ich koszt ma szansę zwrócić się dopiero po kilkunastu latach.

Opłacalne, ekonomicznie wykorzystanie energii wód geotermalnych powinno opierać  się na szczegółowej analizie warunków geologicznych i hydrogeologicznych ich występowania oraz określenia rynku potencjalnych odbiorców. Wody geotermalne w naszym kraju mają zróżnicowaną temperaturę, dlatego powinny służyć przede wszystkim ogrzewaniu i przygotowaniu ciepłej wody użytkowej, natomiast w dalszej kolejności rekreacji i balneoterapii.

Wytwarzanie energii z wód geotermalnych charakteryzuje się niewielką emisją zanieczyszczeń, co zapewnia pozytywne efekty ekologiczne. Wykorzystanie tych zasobów przyczynia się również do rozwoju słabiej rozwiniętych regionów. W Polsce, do 2020 roku planowana jest budowa  kilku elektrociepłowni geotermalnych, co jest zgodne z założeniami opracowanymi przez Ministerstwo Gospodarki dotyczącymi rozwoju energetyki do 2030 roku.

Oprac. Joanna Radziewicz

Literatura:

1. Tytko R.: Tania i czysta – energia wód geotermalnych. Redakcja Eco, kwiecień 2017.
2. Socha M., Sokołowski J.: Geotermia: spora rezerwa do wykorzystania i to bez nowych odwiertów. Teraz Środowisko, marzec 2016.
3. http://www.pga.org.pl
4. Polska ma olbrzymi potencjał energii geotermalnej. Wywiad z Piotrem Długoszem. http://www.ekologia.pl

• Poprzedni artykuł