Raport specjalny | Energia ziemi

Marcin Złoch

Powstawanie złóż geotermalnych odbywa się dzięki obiegowi wody. Deszczówka wnika do wnętrza ziemi, gdzie w wyniku kontaktu z intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy ulega nagrzaniu do znacznych temperatur. Do powierzchni powraca w postaci gorącej wody lub pary, ewentualnie tworzy złoża zalegające na dużych głębokościach.

Trudne pozyskiwanie

Energia geotermalna może być znakomitym źródłem ciepła. Jest tylko jeden problem – to najtrudniejszy do pozyskania spośród wszystkich rodzajów OZE. Najbardziej wydajne złoża gromadzą się bowiem głęboko pod powierzchnią ziemi w postaci gorącej wody, pary lub suchych gorących skał. Opłacalne wydobycie odbywa się do głębokości 4 km w głąb ziemi.

Zasoby wysokotemperaturowe mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach geotermalnych. O wyborze metody wytwarzania prądu decydują przede wszystkim parametry wody wydobywanej z wnętrza ziemi, takie jak jej temperatura, stan termodynamiczny i skład chemiczny. Przyjęta temperatura graniczna, która pozwalała na użycie złoża do celów energetycznych to 100°C, jednak istnieją również elektrownie, które korzystają z zasobów geotermalnych o znacznie niższej temperaturze.

Głównym sposobem pozyskiwania energii jest tworzenie odwiertów do zbiorników gorących wód geotermalnych. W pewnej odległości od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną, po odebraniu od niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody te są z reguły mocno zasolone, zatem dla wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych to zdecydowanie trudne warunki pracy.

Energię geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim zastosowaniem geotermii jest produkcja energii elektrycznej, jednak jest to opłacalne jedynie w przypadkach źródeł szczególnie gorących. Zagrożenie, jakie niesie za sobą produkcja energii geotermicznej, to zanieczyszczenia wód głębinowych, a także uwalnianie radonu, siarkowodoru i innych szkodliwych gazów.

Jak to jest na świecie

Energię geotermalną wykorzystuje się w 64 krajach, a łączna moc działających elektrowni bazujących na tych zasobach w 2015 r. wynosiła 12,8 gigawatów (GW), z tego 28% procent (ok. 3,58 GW) pozyskiwano w Stanach Zjednoczonych. Rynki międzynarodowe rosły rocznie średnio o 5%. Zakładano, że globalna moc geotermalna w 2020 r. osiągnie 14,5-17,6 .

Geotermia jest najistotniejszym źródłem energii na Islandii i Filipinach. W Unii Europejskiej z tego źródła pochodzi 0,84% produkowanej energii pierwotnej. W Polsce instalacje geotermalne dostarczające ciepło do systemu ciepłowniczego działają m.in. na obszarze Podhala i odpowiadają za 0,03% produkowanej energii pierwotnej.

Nasz kraj ma bardzo dobre warunki dla rozwoju tej gałęzi energetyki, gdyż 80% jego powierzchni pokrywają trzy prowincje geotermalne: centralnoeuropejska, przedkarpacka i karpacka. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30 do 130°C (a lokalnie nawet 200°C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (w Sudetach – Cieplice, Lądek-Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych ma tak naprawdę 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65°C, zasolenie nie przekracza 30 g/l, a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia).

Dodatkowo w Polsce funkcjonuje 35 tys. pomp ciepła, w których źródłem ciepła jest grunt. Instalacje te wykorzystują to, że temperatura gruntu w większości okresu grzewczego jest wyższa od temperatury otoczenia, używa się ich do ogrzewania domów jednorodzinnych oraz obiektów publicznych. Łączna moc pomp ciepła to 390 MW, w ciągu roku wytwarzają one 2000 TJ energii.

Przyczyny zastoju

Choć jeszcze kilka lat temu polska geotermia była postrzegana jako realne źródło ciepła dla lokalnych społeczności i doskonały pomysł na ożywienie turystyki (baseny geotermalne), teraz niemal zupełnie zniknęła z przestrzeni medialnej.

W przeciwieństwie do innych źródeł energii odnawialnej, które z trudem, ale zwiększają swoją obecność na rynku, geotermia jest wykorzystywana marginalnie. Jakie są przyczyny takiego zastoju? Najważniejsza z nich to ewidentna nierówność wobec prawa energii elektrycznej i cieplnej pochodzącej z OZE. W przeciwieństwie do np. przedsiębiorstw działających w branży energetyki wiatrowej, firma inwestująca w geotermię nie może zbywać świadectw pochodzenia (zielone certyfikaty), jest zatem pozbawiona dodatkowego źródła dochodu.

Sam proces przygotowania inwestycji jest też znacznie bardziej skomplikowany i obarczony większym ryzykiem niż np. w przypadku elektrowni wiatrowej: opłacalność zależy od stopnia zasolenia wód, ich temperatury (powinna wynosić co najmniej 65°C) i głębokości, na której się znajdują. Do dokładnego poznania warunków geotermalnych konieczny jest odwiert. Wszystko to sprawia, że koszt samej analizy wstępnej może wynosić kilka milionów złotych.

Potrzeba rozwijania i upowszechniania odnawialnych źródeł energii jest bezdyskusyjna. Działania w tym kierunku podejmowane są zarówno na szczeblu państw i rządów, jak i firm. Najważniejsze, że przedsięwzięć proekologicznych coraz częściej podejmują się też osoby prowadzące gospodarstwa domowe.

Jeśli chodzi o geotermię, to w poszczególnych państwach obowiązują m.in. wspólnotowe ustalenia i zobowiązania. Przykładowo, kraje Unii Europejskiej ustaliły między sobą, że do końca 2020 r. zwiększą udział OZE w końcowym zużyciu energii do 20%. Każdy z nich ustala przy tym swoje indywidualne cele (np. Polska – 15%).

Różne są sposoby na propagowanie energii odnawialnej. Powstał np. tzw. klub „RE100”, zobowiązuje on należących do niego biznesów, by w całości przeszli na korzystanie z odnawialnych źródeł energii do maksymalnie 2050 r. Do klubu przyłączyło się już wiele znanych firm, są wśród nich Google, Microsoft czy Apple.

Każdy może przyczynić się do zmian korzystniejszych dla klimatu, niezależnie od tego, w jakim stopniu może sobie na proekologiczne działania pozwolić. Inwestowanie we własną mikroelektrownię fotowoltaiczną będzie wspaniałym pomysłem, ale równie ważne jest wspieranie rozwoju OZE w mniej bezpośredni sposób, a także zwykłe oszczędzanie energii. To właśnie te małe, pojedyncze działania składają się na całość procesów ratowania Ziemi.

Zalety i wady geotermii

Zalety:

• jest nieszkodliwa dla środowiska, nie powoduje bowiem żadnych zanieczyszczeń przy poprawnym działaniu,

• pokłady energii geotermalnej są zasobami lokalnymi, tak więc mogą być pozyskiwane w pobliżu miejsca użytkowania,

• elektrownie geotermalne, w odróżnieniu od zapór wodnych czy wiatraków, nie wywierają niekorzystnego wpływu na krajobraz,

• zasoby energii geotermalnej są, w przeciwieństwie do energii wiatru czy energii słońca, dostępne zawsze, niezależnie od warunków pogodowych,

• instalacje oparte na wykorzystywaniu energii geotermalnej odznaczają się stosunkowo niskimi kosztami eksploatacyjnymi.

Wady:

• mała dostępność: dogodne do jej wykorzystania warunki występują tylko w niewielu miejscach,

• efektem ubocznym korzystania z energii geotermalnej jest niebezpieczeństwo zanieczyszczenia atmosfery, a także wód powierzchniowych i głębinowych przez szkodliwe gazy i minerały,

• pozyskiwanie energii geotermalnej wymaga poniesienia dużych nakładów inwestycyjnych na budowę instalacji,

• istnieje ryzyko przemieszczenia się złóż geotermalnych, które na całe dziesięciolecia mogą „uciec” z miejsca eksploatacji,

• problemem może być również korozja rur,

• większość istniejących w Polsce ciepłowni wymaga dogrzewania zbyt chłodnej wody geotermalnej przez dodatkowe źródła energii.