Energia geotermiczna to energia wnętrza Ziemi zakumulowana w gruntach, skałach i porach [1]. Zaliczana jest do odnawialnych źródeł energii. Pochodzi ona z jądra Ziemi (ma ono temperaturę ok. 5000 °C) – które w wyniku przewodnictwa i konwekcji swobodnej ogrzewa górne warstwy, oraz z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych: uranu, toru i potasu (anomalie o charakterze lokalnym – np. intruzje granitowe). Pole temperaturowe Ziemi charakteryzuje gradient geotermiczny – jest to przyrost temperatury na jednostkę głębokości, zależy on od głębokości zalegania skał magmowych, budowy geologicznej, przewodnictwa cieplnego skał i przemieszczania się mediów złożowych. Dla Europy wynosi on 33 °C/km. Na jego podstawie wyróżnia się trzy typy obszarów geotermalnych:
· O normalnej wartości gradientu – o wartości gradientu zmieniającego się w zakresie od kilku do 40 °C/km
· Obszary semitermalne – do ok 70 °/km
· Obszary hipertermalne – specjalne tereny skorupy ziemskiej, gdzie blisko powierzchni występują anomalie
Skumulowanie rozproszonej energii geotermicznej i wyprowadzenie jej na powierzchnię możliwe jest dzięki wodzie. Nieodpowiednie warunki hydrogeologiczne często stanowią ograniczenie możliwości wykorzystania niektórych zasobów. Systemy hydrotermalne można podzielić na 2 rodzaje:
· naturalne – energia może być z nich wydobyta przy pomocy wody lub pary wodnej zawartych w skałach
· sztuczne – suche gorące skały, do których trzeba wprowadzić wodę w celu odbioru energii.
Naturalne systemy hydrotermalne wykorzystują dwa podstawowe typy struktur geologicznych - głębokie regionalne zbiorniki sedymentacyjne zawierające z reguły wody zmineralizowane, gorące tylko dzięki temu, ze leżą na odpowiednio dużej głębokości (np. utwory mezozoiczne na Niżu Polskim) oraz systemy o dominacji szczelin, w których wody infiltrują na dużą głębokość, gdzie sa ogrzewane, i przedostają się ku górze poprzez uskoki i systemy szczelin ( np. w Niecce Podhalanskiej.) Przydatność naturalnego systemu hydrotermalnego jako źródła energii zależy od temperatury płynu oraz możliwej do uzyskania wydajności.
Rys 1. Uproszczony przekrój systemu geotermalnego [1]
W Polsce energia geotermalna możliwa jest do pozyskania na prawie całym obszarze kraju. Ponad 90% zasobów wód wgłębnych znajduje się na obszarze Niżu Polskiego (polska część geotermalnej prowincji środkowoeuropejskiej) [2].
Tabela 1. Możliwości wykorzystania wód geotermalnych [2]
Istnieją dwa sposoby wykorzystania energii geotermalnej – wykorzystanie płynów o odpowiednio wysokiej temperaturze i ciśnieniu do napędzenia turbiny generatora energii elektrycznej, oraz bezpośrednie wykorzystanie złóż nisko- i średnio- temepraturowych – w ciepłownictwie, do celów rekreacyjnych, leczniczych, balneologicznych i w rolnictwie.
rys 2. Diagram Lindala obrazujący możliwości zastosowania energii geotermalnej [2]
W zastosowaniach bezpośrednich energii geotermalnej największy udział ma ciepłownictwo (37%), następnie palneologia i rekreacja (22%), pompy ciepła (14%), szklarnie (12%), hodowle ryb (7%) i przemysł (7%) [1].
· Balneologia - wodę ze źródeł geotermalnych wykorzystywano już w starożytności. Obecnie wykorzystanie wód termalnych do kąpieli rekreacyjno – balneologicznych jest w Europie bardzo popularne. W Polsce wody termalne wykorzystywane są w 7 uzdrowiskach.
· Ogrzewanie pomieszczeń mieszkalnych wodami geotermalnymi stosowano już w XIVw. We Francji. W stolicy Islandii większość budynków ogrzewana jest za pomocą centralnego systemu wykorzystującego wodę ze źródeł położonych 15 km od Reykjaviku. Najważenijszą cześcią instalacji geotermalnych są rury, przez które przepływa nośnik ciepła pochodzący z warstw skalnych i odprowadzany do warstw wodonośnych. Jego obieg może być naturalny – gdy wypływ jest samoistny a przy pomocy pomp wtłacza się z powierzchni do złoża wykorzystaną wodę, oraz wymuszony – przy użycoiu pomp zatapianych. W Polsce istnieją cztery ciepłownie wykorzystujące energię geotermalną: w Pyrzyczach, Bańskiej Niżnej, Mszczonowie i Uniejowie [1].
· Produkcja rolnicza, hodowla ryb - optymalna temperatury wody do podlewania wynosi 17-25 °C, podlewanie podgrzaną wodą wpływa korzystnie na tempo rozwoju i plony. Wody geotermalne są też używane do ogrzewania szklarni, pozwala ono zmniejszyć koszty eksploatacyjne i prowadzenie upraw niektórych roślin w klimacie, w którym konwencjonalne szklarnie byłyby nieopłacalne. W przypadku hodowli ryb optymalna temperatura wynosi 20-28 °C W Polsce stosuje się do hodowli ryb ciepłolubnych i produkcji warzyw w systemie kaskadowym.
· Zastosowania przemysłowe - wody termalne były wykorzystywane w Isladndii już w XVIIIw do produkcji soli morskiej. Obecnie wykorzystuje się je np. do przetwórstwa rolno spożywczego, produkcji pulpy i papieru.
· Produkcja energii elektrycznej – pierwszą w świecie elektrownię geotermalną wybudował 1904r w Larderello książę Piero Ginori Conti. Istotną rolę energia geotermalna odgrywa w państwach takich, jak Filipiny, Kostaryka czy Salwador, gdzie 10-20% energii elektrycznej produkowane jest z par geotermalnych
rys 3. Schemat elektrociepłowni geotermalnej [1].
· Inne zastosowania: grupę zasobów o największym potencjale stanowić mogą suche gorące skały, jednak eksploatacja tych zasobów sprawia wiele problemów technicznych, eksploatowane s wyłącznie eksperymentalnie, ale są bardzo perspektywiczne. Ogromne są zasoby zmagazynowane w magmie – aby z nich skorzystać konieczne jest dokładne zlokalizowanie magmy, opracowanie techniki wiercenia i dobranie odpowiednich materiałów dla tak wysokiej temperatury i opracowanie odpowiedniej technologii wykorzystania energii, co wymaga jeszcze postępu technicznego.
· Energia gruntu: jest ona wynikiem akumulacji promieniowania słonecznego i wymiany ciepła z otoczeniem w warstwie gruntu o grubości ok 10m – temperatura wynosi tam ok 10°C (równa w przybliżeniu średniej rocznej temp powietrza). W systemach wykorzystujących tę energię dla celów grzejnych urządzeniem odbierającym jest odpowiedni wymiennik ciepła (sonda ciepła).
rys 4. Schemat układu ogrzewania podłogowego z pompą wykorzystującą ciepło gruntu[2]
Energia geotermalna w Polsce
Możliwość wykorzystania energii geotermalnej istnieje na ponad 60% powierzchni Polski. Najbardziej zasobny jest okręg szczecińsko-łódzki, dużą zasobność mają też subbasen warszawsko - grudziądzki i przedkarpacki. Najkorzystniejsze warunki do eksploatacji wód termalnych w Polsce do celów grzewczych istnieją w niecce podhalańskiej (sytuacja geologiczna, wysoka temperatura na wypływie - 90°C, niska mineralizacja - do 3g/dm3, wysoka wydajność - do 550m3/h, dobra odnawialność i łatwa dostępność terenu). W rozumieniu Prawa Geologicznego i Górniczego wody termalne stanowią kopaliną podstawową. Energię geotermiczną można pozyskiwać praktycznie na terenie całego kraju [4].
Rys 5. Rozmieszenie zasobów energii geotermalnej w Polsce[4]
Rys 6. Mapa temperatur wód geotermalnych [7]
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych:
· Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s) -od 1993- 2 otworami eksploatuje wodę o temp ok. 86 °C, po wykorzystaniu ciepła woda zatłaczana jest z powrotem do górotworu, w sumie można pobrać 670m3 wody/h
· Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s) - wybudowany w latach 1992-1996 - wykorzystuje wody o temp ok. 64°C, 2 otwory eksploatacyjne i 2 chłonne
· Stargard Szczeciński (14 MJ/s)
· Mszczonów (7,3 MJ/s), zakład geotermalny zastąpić 3 osiedlowe kotłownie w centrum miasta - energie pozyskiwana jest z wód słodkich z głębokości 1700, 40°C, wypływająca samoczynnie
· Uniejów (2,6 MJ/s), od 6 lat ogrzewa 2/3 miejscowości liczącej ponad 3200 mieszkańców i wkrótce ma być wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej połączony z ciepłownią olejową, korzysta z wód o temp 67°C
· Słomniki (1 MJ/s). wody słodkie o temp ok. 17°C są źródłem ciepła dla szkoły i obiektów indywidualnych, po schłodzeniu woda staje się wodą pitną i trafia do wodociągu.
· Lasek (2,6 MJ/s)
· Klikuszowa(1 MJ/h)
Uzdrowiska wykorzystujące wody termalne to: Ciechocinek, Cieplice Śląskie, Duszniki Zdrój, Lądek Zdrój, Iwoicz Zdrój, Ustroń i Konstancin.
Energia geotermalna z wód kopalnianych
W Polsce wypompowuje się ok.35 m3/s wód kopalnianych z odwadniania wyrobisk i kopalń, z czego ok. 10 m3/s pochodzi z kopalń węgla kamiennego i posiada temperaturę ok. 18-25 °C , ok. 1 m3/s z kopalń rud miedzi (o temperaturze dochodzącej do ok. 30°C) i ok. 5 m3/s z kopalń cynku i ołowiu (o temperaturze ok. kilkunastu °C). Wody te odprowadzane są do cieków powierzchniowych, przy czym kopalnie ponoszą z tego tytułu spore koszty, a w najbliższym sąsiedztwie szybów istnieją liczni potencjalni odbiorcy energii cieplnej. Problem ciepła w kopalniach węgla kamiennego był przedmiotem zainteresowań od dawna, jednak przede wszystkim w kontekście warunków pracy górników, dostępna jest więc bogata dokumentacja kartograficzna. Dla zakładów górniczych: Borynia, Bielszowice, Dębieńsko, Jas-Mos, Katowice, Paryż, Pokój, Pstrowski i Jadwiga, Saturn, Sośnica, Wesoła oraz z pompowni: Bolko, Chorzów i Siemianowice zasoby potencjalne wynoszą w nich sumarycznie 83 megawat energii cieplnej (MWt).
Możliwe jest ró...
vaette