Rodzaje i wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce

Z racji różnych form jej występowania, energia geotermalna może mieć postać niewielkiej instalacji pompy ciepła bądź dużej instalacji zasilającej całe miejscowości. W Polsce na skalę przemysłową wykorzystuje się ją głównie w tzw. ciepłowniach geotermalnych, a na małą skalę korzysta się z niej dzięki wspomnianym już pompom ciepła.

Energia geotermalna – czym jest?

Energia geotermalna to nagromadzone ciepło skumulowane we wnętrzu planety. Swoje źródło ma w jądrze Ziemi, w którym dochodzi do rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, a temperatura towarzysząca tym zjawiskom dochodzi do 4000⁰C, a nawet 5000⁰C. Ciepło w sposób ciągły przepływa do górnych warstw skorupy ziemskiej i na powierzchnię. Przyjmuje się, że średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosi około 15⁰C. Jednak wartość ta może się różnić w zależności od szerokości geograficznej, pory roku, a nawet dnia.

Sposoby wykorzystania energii geotermalnej

Energię geotermalną można wykorzystać w sposób pośredni, bezpośredni lub poprzez tzw. instalacje płytkiej geotermii (pompę ciepła), która również jest formą pośredniego wykorzystania ciepła.

1. Sposób pośredni – stosowany przy produkcji energii elektrycznej. W metodzie tej wykorzystuje się wysoką temperaturę pary wodnej i wód (dochodzącą do 140⁰C). To rodzaj źródła używany w elektrowniach binarnych produkujących energię elektryczną i cieplną. Można je również zastosować w konwencjonalnych elektrowniach geotermalnych. Elektrownia binarna działa dzięki energii, jaką czynnikowi przekazuje woda geotermalna.. Przegrzana para czynnika kierowana jest na turbinę napędzającą generator prądu elektrycznego.

2. Sposób bezpośredni – w przypadku tego rozwiązania nie stosuje się dodatkowego czynnika roboczego – wykorzystuje się bezpośrednio wody termalne o wysokiej energii wewnętrznej i kieruje się je do użytkowników. Energię tę można wykorzystać w ciepłownictwie, rekreacji (kąpieliska, uzdrowiska). Sposób bezpośredni wymaga źródeł o temperaturze do 100⁰C.
3. Pompy ciepła – ich zasada działania jest taka sama jak domowej chłodziarki, popularnie zwanej lodówką. Pompy ciepła wykorzystują energię geotermalną pochodzącą z gruntu i wody zalegającej na niewielkich głębokościach. Do pomp ciepła wykorzystujących energię geotermalną zaliczamy:

• Pompa ciepła typu woda/woda – woda jest pobierana ze studni zasilających, a następnie kierowana na wymiennik ciepła, w którym znajduje się parownik. Ciepło jest oddawane czynnikowi niskowrzącemu. Wodę ze studni zasilających po przejściu przez wymiennik transportuje się studnią chłonną z powrotem do gruntu.

• Pompa ciepła typu grunt/woda. W tym celu wykorzystuje się dwa różne typy wymienników:
  • Sondy głębinowe – umieszczone w gruncie w odwiertach o głębokości do 50 m.
  • Kolektor gruntowy rurowy – układany poziomo, około 20 cm poniżej lokalnej strefy przemarzania.

Wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce

W Polsce wody geotermalne występują pod powierzchnią na prawie 80% terytorium kraju. Główne zbiorniki wód termalnych znajdują się na Niżu Polski.

Największą ciepłownią geotermalną w Polsce jest Geotermia Podhalańska. Znajduje się ona na obrzeżu Niecki Podhalańskiej, jednego z najważniejszych obszarów geotermalnych w Polsce. Niecka leży między Tatrami a Pienińskim Pasem Skałkowych i tworzy rozległą synklinę. To właśnie w tym rejonie znajduje się ważny zbiornik wód termalnych, który stanowi fragment centralno-karpackiego basenu paleogeńskiego. Strefą zasilającą zbiornik Podhala jest masyw Tatr. W Zakopanem na głębokości 1000 m wody termalne mają temperaturę około 26⁰C, natomiast na głębokości poniżej 2000 m w rejonie Bańskiej Niżnej temperatura wody wynosi max. 86⁰C. Ze złoża woda transportowana jest dwoma otworami produkcyjnymi (Bańska IG-1, Bańska PGP-1) i zatłaczana dwoma otworami chłonnym (Biały Dunajec PAN-1, Biały Dunajec PGP-2). Po wykorzystaniu swojego potencjału energetycznego woda jest transportowana poprzez studnię chłonną z powrotem do złoża, gdzie powtórnie się ogrzewa. Pozyskanie energii na powierzchni odbywa się poprzez wymianę ciepła między obiegiem wody geotermalnej a wody grzewczej. Transport odbywa się rurociągami m.in. do Zakopanego, Białego Dunajca. Całkowita moc zainstalowana w Geotermii Podhalańskiej wynosi 80,8 MW, z czego moc z geotermii to 40,7 MW.

W Polsce znajduje się jeszcze kilka ciepłowni geotermalnych, wśród nich możemy wymienić:

• Pyrzyce (maksymalna temperatura 61⁰C, moc całkowita 48 MW, moc z geotermii 14,8 MW);
• Mszczonów (maksymalna temperatura 41⁰C, moc całkowita 10,2 MW, moc z geotermii 2,7 MW);
• Stargard (maksymalna temperatura 78⁰C, moc całkowita 10, moc z geotermii 10 MW).

Jeśli chodzi o wykorzystanie geotermii do produkcji prądu, temperatura złóż geotermalnych w Polsce ma 45–75⁰C, więc nie może być użyta do produkcji energii elektrycznej.

Oprócz zastosowań ciepłowniczych wodę geotermalną można też wykorzystać do celów leczniczych. Przykładem jest uzdrowisko w Cieplicach, Lądku-Zdroju, Konstancinie czy Ciechocinku.

Energia geotermalna zakumulowana w przypowierzchniowej warstwie Ziemi może być użytkowana na terenie całego kraju i stanowi obecnie najpopularniejszą, najmniej inwazyjną oraz najtańszą metodę pozyskiwania energii geotermalnej. Do tego celu wykorzystuje się instalacje gruntowych pomp ciepła.

Zalety i wady stosowania energii geotermalnej

Energia geotermalna, podobnie jak inne źródła odnawialne, ma zarówno wady, jak i zalety. Wśród zalet możemy wymienić:

• nieograniczoną dostępność, niezależną od warunków pogodowych oraz klimatycznych (dotyczy to głównie ciepła w przypowierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej);
• urządzenia wykorzystujące techniki geotermalne są najczęściej niewielkich rozmiarów i prawie nie wpływają na krajobraz;
• w większości przypadków brak negatywnego wpływu na środowisko naturalne (nie dotyczy to energii geotermalnej pozyskanej za pomocą odwiertów – może wtedy dojść do uwolnienia niewielkich ilości gazów);
• stosunkowo niskie koszty eksploatacyjne.

Wśród wad natomiast możemy wymienić:

• możliwość negatywnego wpływu na środowisko naturalne spowodowanego emisją szkodliwych gazów (siarkowodór, radon, dwutlenek węgla);
• woda wydostająca się na powierzchnię może przyczyniać się do zasolenia gleby;
• budowa instalacji geotermalnej wiąże się z wysokimi nakładami inwestycyjnymi;
• mała dostępność w przypadku geotermii; warunki do jej wykorzystania występują w niewielu miejscach;
• korozja rur na skutek wysokiego zasolenia wód geotermalnych;
• większość już istniejących ciepłowni geotermalnych wymaga dodatkowego źródła ciepła w celu dogrzania zbyt chłodnej wody.