Gorące wody – konkurencyjny nośnik energii

Gorące wody – konkurencyjny nośnik energii. Geotermia: za i przeciw
Autor: Wojciech Olejnik
(„Energia Gigawat” – nr 8-9/2005)
Podziemne źródła geotermalne znane są od tysięcy lat. Wykorzystywali je starożytni
Japończycy, Chińczycy, Rzymianie. W epoce paliw kopalnych, kiedy dokonał się znaczny
postęp cywilizacyjny, podziemne źródła energii nie zawsze były doceniane. Dziś jednak,
wobec narastających zagrożeń ekologicznych, geotermika powraca do łask.
Źródłem energii geotermalnej jest jądro skorupy ziemskiej, w którym panuje temperatura
4000-5000 st. C. Ciepło to przemieszcza się ku płytszym warstwom planety, gdzie jest
skumulowane w skalach lub zbiornikach wodnych. Do krajów korzystających z dobrodziejstw
geotermiki należą m.in. Stany Zjednoczone, Meksyk, Włochy, Filipiny, Japonia. Przykładem
udanych inwestycji geotermalnych jest Islandia, gdzie niemal 50% zapotrzebowania na
energię zaspokajają źródła geotermalne.
Także i w naszym kraju geotermika może stanowić, przynajmniej dla niektórych regionów,
szansę rozwoju. Polska posiada jedne z największych w Europie złóż wód geotermalnych.
Wielkość ich zasobów szacowana jest na ponad 6000 km sześc. Wody geotermalne zalegają
w dziewięciu okręgach: grudziądzko-warszawskim (2776 km sześc.), szczecińsko-łódzkim
(2854 km sześc.), przedsudecko-północnoświętokrzyskim (155 km sześc.), pomorskim (21
km sześc.), lubelskim (30 km sześc.), przybałtyckim (38 km sześc.), podlaskim (17 km
sześc.), przedkarpackim (362 km sześc.), karpackim (100 km sześc.). Temperatura złóż
wynosi od 40 do ok. 100 st. C.
Za i przeciw
Entuzjaści rozwiązań geotermalnych są przekonani, że dzięki krajowym zasobom
podziemnych źródeł Polska mogłaby produkować energię nie tylko dla własnych potrzeb, ale
również na eksport, tworząc przy okazji wiele nowych miejsc pracy.
Zwolenników geotermii skupia Polska Geotermalna Asocjacja (PGA). Tworzą ją głównie
naukowcy krakowskich uczelni związani z postacią nieżyjącego już prof. Juliana
Sokołowskiego. W ciągu ostatnich kilkunastu lat naukowcy PGA przygotowali szereg
ekspertyz mówiących o warunkach wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenie
kilkuset polskich gmin.
Podkreślają oni fakt, iż w Polsce, po II wojnie światowej, wykonano 7000 odwiertów, których
celem było znalezienie złóż węglowodorów. Jedynie część wykazała obecność ropy czy gazu.
Pozostałe można by wykorzystać do celów geotermicznych. Istniejąca infrastruktura oddala
zatem konieczność wykonywania nowych, bardzo kosztownych odwiertów.
Warto dodać, że również zaawansowany wiek niektórych mocy wytwórczych krajowej
energetyki systemowej skłania do rozważenia wariantu geotermalnego. W świetle prawa
europejskiego jednostkom produkcyjnym wybudowanym ponad 30 lat temu grozi
zamknięcie. Przypomnieć także należy, że Unia Europejska mocno inwestuje w odnawialne
źródła energii. Ich udział ma wzrosnąć do 22%.
Zdania na temat możliwości wykorzystania zasobów geotermalnych są jednak podzielone.
Umiarkowani optymiści dostrzegając fakt ich obfitego u nas występowania podkreślają, że
pozyskiwana z nich energia może stanowić jedynie źródło uzupełniające, i to w regionach,
gdzie wykazano jej opłacalność i konkurencyjność wobec innych nośników.
Przy kalkulacji wydatków inwestycyjnych bierze się pod uwagę kilka czynników: wydajność
energetyczna źródła, jego temperatura, głębokość, skład chemiczny wody, skala
zapotrzebowania, odległość od źródła do użytkownika, a także aspekt ekonomiczny (poziom
stóp procentowych, wysokość środków finansowych przeznaczanych na promocję
ekologicznych źródeł energii).
Zaletą energii geotermalnej jest jej odnawialność, niezależność od zewnętrznych dostawców
oraz światowych cen nośników energii oraz od zmiennych warunków klimatycznych, a także
możliwość uzyskiwania znacznych mocy cieplnych. Wadę geotermiki stanowią wysokie
koszta inwestycyjne oraz długi okres zwrotu nakładów. Drogie jest wykonanie odwiertu na
znaczną głębokość. Również budowa instalacji w postaci pomp, wymienników ciepła,
przepompowni i rurociągów stanowi spore obciążenie dla gminnych budżetów. Dla
zapewnienia opłacalności inwestycji konieczne jest utrzymanie maksymalnego odbioru ciepła
w ciągu całego roku. Problem stanowi wysoka mineralizacja niektórych źródeł powodująca
osadzanie soli na wewnętrznej powierzchni urządzeń instalacji.
Nie można zapomnieć o przeszkodach natury legislacyjnej. Obecny stan ekonomicznoprawny nie pozwala na dalszy rozwój geotermii. System opłat związanych z podatkiem,
koncesją, eksploatacją i informacją geologiczną stwarza dla zakładów geotermalnych barierę
trudną do przezwyciężenia. Wpływa on, wraz z kosztami wydobycia, dystrybucji i
konserwacji urządzeń na wysoką cenę produkcji. Wynosi ona 43, a w niektórych zakładach
nawet 80 zł za GJ.
Pomimo przeszkód zainteresowanie wykorzystaniem energii geotermalnej wyraziły m.in.
samorządy Konstancina, Lądka Zdroju, Iwonicza Zdroju, Dusznik Zdroju, Żyrardowa,
Skierniewic, Poddębic, Ślesina, Wągrowca, Suchej Beskidzkiej, Krakowa, Myślenic. O
atrakcyjności decyduje wiele czynników, wśród których nie bez znaczenia jest uniwersalizm.
Woda geotermalna znajduje szereg zastosowań nie tylko w ogrzewnictwie. Istnieje możliwość
produkcji energii elektrycznej na bazie geotermii. Działalność gospodarczą w tym aspekcie
prowadzi już ponad 20 państw, wśród których największe sukcesy odnoszą Stany
Zjednoczone. Według prognoz światowa produkcja energii elektrycznej z podziemnych wód
powinna w 2020 r. osiągnąć poziom 60 tys. MW.
Szerokim polem wykorzystania podziemnych wód jest ogrodnictwo. Już w 1986 r. na terenie
11 krajów europejskich istniało ponad 300 ha upraw ogrzewanych ciepłymi wodami
podziemnymi. Ogrzewanie geotermią roślin przyczynia się do przyśpieszenia zbiorów i
zwiększenia plonów, nie wspominając o korzyściach ekologicznych w postaci całkowitego
ograniczenia emisji zanieczyszczeń pochodzących z procesu spalania węgla. Również
balneologia stwarza wiele możliwości. Podziemne wody stosowane są w leczeniu chorób
reumatycznych, ale również skóry, gardła i krtani. Wykorzystuje się je do terapii nerwic oraz
schorzeń jelita grubego czy prostaty.
W okolicach źródeł geotermicznych budowane są często aquaparki eksploatujące ciepło
podziemnych wód. Niektóre ciepłownie kierują wody geotermiczne, po ich odpowiednim
uzdatnieniu, do rurociągów z przeznaczeniem dla celów gospodarczych. Rozwiązania tego
typu są szczególnie przydatne w miastach, gdzie brakuje dużych rzek czy jezior.
Także przemysł wykorzystuje dobrodziejstwa wód geotermalnych. Znajdują one
zastosowanie w procesach pasteryzacji mleka i produkcji papieru. Rozważa się możliwość
tworzenia kaskadowych modeli geotermalnych, w których po ogrzaniu mieszkań wodę
sieciową kieruje się do innych obiektów (szklarnie, magazyny).
Wodę geotermalną wydobywa się z podziemnych źródeł za pomocą pomp głębinowych. Na
powierzchni, dzięki pracy urządzenia zwanego wymiennikiem, ciepło zawarte w wodzie
podziemnej przekazywane jest wodzie sieciowej płynącej w instalacji CO. Za pomocą otworu
chłonnego schłodzona woda geotermalna powraca pod ziemię. Woda sieciowa zawierającą
ciepło geotermalne dochodzi do instalacji odbiorczych i kaloryferów. Po wyjściu z
wymiennika jest ona, w miarę potrzeb, podgrzewana przez kocioł.
Polskie geotermie
W Polsce funkcjonuje kilka zakładów geotermalnych. Łączna ich moc zainstalowana
wyniosła w 2004 r. ok. 82 MW, przy rocznej produkcji 306 TJ. Działają one w rejonach o
dużym zanieczyszczeniu niską emisją. Najbardziej znana jest Geotermia Podhalańska. Zakład
został ulokowany w rejonie dużego zbiornika geotermalnego rozciągającego się od Tatr do
pasma Pienin. Podziemne źródła geotermalne zasilane są tutaj górską wodą opadową, która
wnika w szczeliny górotworu i spływa do głębszych warstw, gdzie stopniowo się nagrzewa.
Ilość produkowanej rocznie energii to 244 tysiące GJ. Zakład ma ponad 600 odbiorców
ciepła, a efekt ekologiczny jego działania polega na znacznym spadku rocznego stężenia SO2
i O2.
Geotermia Podhalańska szczyci się dużymi tradycjami. Źródła geotermalne wykorzystywano
na Podhalu już podczas zaborów. Jednakże ich zasoby zostały dokładniej spenetrowane w
latach powojennych. Zaletą wód podhalańskich jest niski stopień mineralizacji oraz fakt, że
wypływają na powierzchnię pod własnym ciśnieniem.
Budowa Podhalańskiego Zakładu Geotermalnego była finansowana z kilku źródeł: funduszów
Phare I, Phare II, Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej,
EkoFunduszu, a także ze środków GEF, USAID, DEPA, Banku Światowego i kredytów
lokalnych.
W podszczecińskich Pyrzycach od 1994 r. działa Geotermia Pyrzyce. Moc ciepłowni
geotermalnej wynosi 54,8 MW, temperatura wody 61 st. C, długość sieci ok. 15 km. Sieć
wykonana została z rur preizolowanych zapewniających minimalne straty ciepła. Cztery
gazowe kotły kondensacyjne są, w razie awarii, dodatkowym źródłem ciepła. Zakład
przyczynił się do redukcji emisji lokalnych zanieczyszczeń atmosferycznych (np. emisja NOx
przed uruchomieniem zakładu wynosiła 263 t na rok, a po uruchomieniu 21 t). Wody
geotermalne Pyrzyc cechuje wysoki poziom mineralizacji i zasolenia. Koszty inwestycji
wyniosły ponad 60 mln zł.
W styczniu 2005 r. otwarty został na terenie Stargardu Szczecińskiego nowy zakład
geotermalny. Woda podziemna wydobywana jest z głębokości 2670 m, a jej temperatura
wynosi 90 st. C. Geotermia Stargardzka produkuje obecnie 9 tys. GJ energii; planowania ilość
to 300 tys. GJ. Zakład w ramach współpracy z lokalnym MPEC ma się przyczynić do
znacznych oszczędności paliwowych. Dzięki działaniu geotermii ilość wykorzystywanego
przez MPEC miału ma być mniejsza o 15-17 tys. t. Koszt budowy zakładu geotermalnego
wyniósł 34 mln zł.
Warto wspomnieć o geotermii mazowieckiej. Zakład mszczonowski uruchomiony został w
2000 r. Korzysta on ze starego odwiertu geologicznego, a woda z niego pobierana
nacechowana jest niskim stopniem zmineralizowania. Całkowita moc cieplna wynosi 12 MW,
a roczna produkcja to liczby rzędu ponad 40 tys. GJ.
Zakład w Uniejowie (okolice Łodzi) o mocy 5,6 MW produkuje rocznie 19 tys. GJ energii.
Dystrybucja ciepła odbywa się za pośrednictwem 10 km sieci rur preizolowanych.
Ciepłownia geotermalna zastąpiła 10 lokalnych kotłowni węglowych i 160 indywidualnych
(domy jednorodzinne).
Istotny udział w krajowej produkcji ciepła geotermalnego mają tzw. pompy ciepła.
Urządzenia tego typu bazują na cieple wód gruntowych. Ich moc zainstalowana wynosi w
Polsce 80 MW, a roczna produkcja sięga 500 TJ. Łączna moc zainstalowana wszystkich
krajowych instalacji geotermalnych sięga 171 MW. Produkcja ciepła z nich pochodząca
dochodzi do 838 TJ rocznie.
Pomimo niewielkiej ilości zakładów geotermalnych, szansa efektywnego wykorzystania
zasobów podziemnych wód nie traci na aktualności. Przekonanie o słuszności budowy
nowych geotermalnych mocy wytwórczych mają szczególnie osoby skupione wokół
koncepcji śp. prof. Juliana Sokołowskiego. Poznanie złóż geotermalnych naszego kraju
stanowił jeden z podstawowych celów pracy naukowej profesora. Opracowany przez niego
program gospodarczego rozwoju Polski wciąż czeka na pogłębioną analizę i realizację.