streszczenie_TGT_geotermia

Projekt Unii Europejskiej „TransGeoTherm“
Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy.
Projekt pilotażowy
Midterm-Meeting w dniu 24.09.2013
w Görlitz
Geotermia w Saksonii
Dipl. Geoökol. Karina Hofmann
1.
Krótki zarys na temat energii geotermalnej w Saksonii
Zasoby geotermalne nabierają coraz większego znaczenia pośród energii odnawialnych.
Posiadają one również w Saksonii, przy obecnej sytuacji surowcowej i energetycznej, duży
potencjał jako ekologiczne źródło energii.
Ze względu na budowę geologiczną i powszechnie występujące zamknięte już kopalnie,
istnieją w Saksonii możliwości wykorzystania w zakresie płytkiej i głębokiej geotermii oraz
geotermii wód kopalnianych (rys. 1).
Rysunek 1: Przegląd możliwości wykorzystania geotermii w Saksonii.
Geotermia z wód kopalnianych wykorzystywana jest w Saksonii w ok. 10 miejscach. Woda
kopalniana pochodząca z wcześniejszych aktywności górniczych, jest wykorzystana np. do
ogrzewania krytej pływalni w Marienberg, gimnazjum w Ehrenfriedersdorf lub częściowo jako
klimatyzacja zamku Freudenstein we Freibergu.
Biorąc pod uwagę warunki geologiczne w Saksonii planuje się wykonanie innowacyjnego
programu w celu rozwoju głębokiej energii geotermalnej. W celu przeprowadzenia
wstępnych prac geologicznych dot. petrotermalnego projektu głębokiej geotermii do
wytwarzania energii elektrycznej w Saksonii, została utworzona w roku 2009 grupa
badawcza. Celem tej współpracy jest wzajemna wymiana naukowych i praktycznych
doświadczeń oraz wiedzy partnerów w dziedzinie głębokiej energii geotermalnej.
Dla trzech priorytetowych obszarów w Saksonii, istniejące dane geologiczne, petrofizyczne i
termiczne, zostały zebrane, kompleksowo przeanalizowane i zwizualizowane na modelach
3D. Możliwość wytwarzania energii elektrycznej przy pomocy otworów do głębokości 5 km w
petrotermalnej elektrowni zasadniczo występuje ze względów geologicznych we wszystkich
trzech rozpatrywanych obszarach. W porównaniu do obszarów priorytetowych: strefa Łaby
(Elbezone) i Freiberg, obszar Aue-Schneeberg posiada najlepsze warunki do ustanowienia
petrotermalnego projektu głębokiej geotermii. Obecnie jest opracowywany wniosek dla
wykonania pierwszego odwiertu badawczego w Schneeberg.
Płytka geotermia jest pozyskiwana w Saksonii głównie poprzez sondy gruntowe, studnie i
kolektory gruntowe. Obecnie w Saksonii przy użyciu płytkiej geotermii działa ok. 9963
instalacji cieplnych o łącznej mocy cieplnej ok. 118 MW (patrz rys. 2). Dzięki temu np.
budynki mieszkalne, kompleksy biurowe, baseny i tereny przemysłowe są ogrzewane, wzgl.
zaopatrzone w ciepłą wodę lub schładzane. Szczególnie w przypadku dużych zakładów
przemysłowych systemy chłodzenia za pomocą geotermii znajdują coraz większe
zastosowanie.
Rysunek 2: Instalacje geotermalne w Saksonii.
W celu wsparcia wykorzystania geotermii w Saksonii został opracowany Atlas Geotermalny
(GTK 50). Opracowanie Atlasu Geotermalnego następuje według istniejących arkuszy map
w skali 1:50.000. Modelowanie danych hydrogeologicznych wykonywane jest w Saksonii
przez zewnętrzne geologiczne biura inżynierskie oraz w ramach przeprowadzanego
kartowania przez Krajowy Urząd ds. Środowiska, Rolnictwa i Geologii. W obszarze
transgranicznym sąsiadującym z Polską, zostanie po raz pierwszy wykonany model
hydrogeologiczny oraz atlas geotermalny w ramach projektu unijnego TransGeoTherm (rys.
2, zacieniony obszar). Opracowanie to zostanie wykonane wspólnie przez służby
geologiczne w Polsce i w Saksonii.
2.
Atlas geotermalny dla obszaru Saksonii
Baza danych geologicznych atlasu geotermalnego przedstawia mapę podstawową
kartowania hydrogeologicznego. Najpierw modelowane są ciała hydrogeologiczne 3D na
podstawie obszernej w Saksonii bazy danych otworowych oraz map.
Po utworzeniu ciał 3D, na podstawie zbioru danych otworowych i istniejących map, w
następnym etapie zostaną włączone do interpolacji przewodności cieplnej dla siatek (gridów)
te otwory, na podstawie których utworzono ciało hydrogeologiczne. Na modelu, dla tych
samych pod względem petrograficznym skał, zostaną przypisane wartości przewodności
cieplnej do istniejących otworów. Za pomocą interpolacji i dalszych obliczeń z użyciem
specjalnie zaprogramowanego rozszerzenia GIS powstaje model przewodnictwa cieplnego
(rys. 3).
Rysunek 3: Etapy tworzenia map geotermalnych
W ostatnim etapie zostaje obliczony specyficzny wpółczynnik mocy cieplnej w watach na
metr dla 4 różnych poziomów głębokości i dla dwóch możliwych rocznych godzin pracy
pompy ciepła. W wyniku powstają mapy geotermicznego współczynnika mocy cieplnej
składające się na atlas geotermalny. Jest on dostępny w postaci map interaktywnych na
stronie internetowej LfULG (rys. 4).
Rysunek 4: Mapa geotermicznego współczynnika mocy cieplnej.
Zbiór map seryjnych umożliwia dla standardowego domu jednorodzinnego w Saksonii
ustalenie specyficznego współczynnika mocy cieplnej w watach na metr dla czterech
różnych głębokości (40 m, 70 m, 100 m, 130 m) i dwóch różnych rocznych godzin pracy dla
pompy ciepła (ogrzewanie = 1800h lub ogrzewanie i ciepła woda = 2400h).
Wynik przedstawia możliwy średni geotermiczny współczynnik mocy cieplnej skał, który
można uzyskać dzięki sondzie gruntowej na całej jej głębokości pionowej.
Wykorzystanie mapy geotermalnej zostało przedstawione na rysunku 5, w oparciu o przykład
obliczeniowy. Na podstawie mapy GTK 50 dla danego miejsca został odczytany specyficzny
współczynnik mocy cieplnej w watach na metr (W/m). Na podstawie legendy ustala się
specyficzny współczynnik mocy cieplnej w W/m i mnoży jego wartość przez odpowiednią
długość odwiertu. W podanym przykładzie możnaby za pomocą sześciu 40-sto metrowych
otworów lub za pomocą dwóch 130-sto metrowych otworów uzyskać wymagane
zapotrzebowanie cieplne w wysokości 12 kW (rys. 5).
Rysunek 5: Przykład wyznaczania (sumarycznego) współczynnika mocy cieplnej.
Atlas geotermalny służy wstępnemu planowaniu i oszacowaniu dla potrzeb małych sond
geotermalnych (< 30 kW mocy grzewczej). Należy szczególnie unikać nad- lub
niedowymiarowania instalacji systemów geotermalnych, a tym samym przeciwdziałania
negatywnym skutkom na środowisko, zwłaszcza na wody podziemne oraz podłoże.
Atlas geotermalny pozwala uzyskać jedynie orientację nt możliwego geotermicznego
współczynnika mocy cieplnej dla potrzeb energii geotermalnej. Staranne planowanie i
konkretne
obliczenia
rentowności
dla
poszczególnych
projektów
są
dzięki
temu
wspomagane, jednakże w żadnym wypadku nie powinny one być przez to zastąpione.
Również budowa instalacji systemów geotermalnych jedynie przez wykwalifikowaną firmę
gwarantuje zapewnienie odpowiedniej jakości.
3.
Podsumowanie
Saksonia posiada dobry potencjał geotermiczny, który jest już wykorzystywany w różnych
formach. Pozyskiwanie zrównoważonych form energii odbywa się głównie poprzez sondy
gruntowe, studnie i kolektory ziemne i służy głównie do ogrzewania i chłodzenia budynków.
Rozwój energii geotermalnej w Saksonii należy do zdeklarowanych celów polityki
klimatycznej w Saksonii. W związku z tym, Wolne Państwo Saksonia wspiera badania nad
energią geotermalną i rozwój, szczególnie w utworzeniu petrotermalnej, głębokiej elektrowni
geotermalnej,
jak
również
w
wykorzystaniu
wód
Zachodniosaksońskiej Szkoły Wyższej w Zwickau (Ćwików).
kopalnianych
na
przykładzie
Ponadto, płytka geotermia powinna być promowana np. przez ogłoszenia i informacje o
potencjalnych zagrożeniach, poprzez zapewnienie dostępu do map (atlas geotermalny) oraz
wdrażanie fachowych standardów w celu zapewnienia jakości podczas budowy instalacji