Energia geotermalna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) − energia cieplna skał, wody i gruntu pod powierzchnią Ziemi, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Proces odnawiania źródeł geotermalnych jest jednak powolny, stąd przy małym strumieniu ciepła geotermalnego pobieranie dużej ilości ciepła może doprowadzić do wychłodzenia skał lub spadku ciśnienia w zbiorniku. Energia geotermalna jest udostępniana za pomocą wierceń zbliżonych technologią wykonania do odwiertów naftowych, jednak odbiegających od nich w szczegółach wykonania i umiejscowienia[1]. Energia geotermalna może być pobierana za pomocą gruntowych pomp ciepła lub głębszych odwiertów, które z reguły służą eksploatacji głęboko położonych warstw wodonośnych z gorącą wodą. Alternatywnie, możliwe jest wykorzystanie energii cieplnej skał nieprzepuszczalnych lub słabo zawodnionych, do których wtłaczana jest chłodna woda i po nagrzaniu odbierana gorąca. Jednym z przejawów obecności energii geotermalnej są źródła termalne.

Energię geotermalną wykorzystuje się w 64 krajach, a łączna moc działających elektrowni geotermalnych wynosi 11,4 GW (2012 rok)[2]. Jest ona najistotniejszym źródłem energii na Islandii i Filipinach. W Unii Europejskiej z energii geotermalnej pochodzi 0,84%[3] produkowanej energii pierwotnej. W Polsce instalacje geotermalne działają m.in. na obszarze Podhala i odpowiadają za 0,03%[3] produkowanej energii pierwotnej.

Dostępność energii geotermalnej[edytuj]

Temperatura Ziemi rośnie wraz z głębokością, osiągając 6600 °C w samym jądrze. Około 20% energii cieplnej wnętrza Ziemi pochodzi z kontrakcji grawitacyjnej w okresie formowania się planety, pozostałe 80% pochodzi z rozpadu radioaktywnych izotopów potasu (40K), uranu (238U i 235U) i toru (232Th)[4][5][6], który zachodzi w płaszczu. Niewielki wkład w ciepło skorupy ziemskiej ma też tarcie wewnętrzne wywołane siłami pływowymi i zmianami w prędkości obrotu Ziemi. Część energii termicznej jądra transportowana jest do skorupy ziemskiej poprzez pióropusze płaszcza, które mogą powodować powstawanie plam gorąca i pokryw lawowych[7].

Energia geotermalna naturalnie wydostaje się na powierzchnię Ziemi z mocą około 46 TW[8][9]. Średni strumień geotermalny to około 0,063 W/m2 – nie jest on zbyt duży, ale zasoby tej energii są praktycznie niewyczerpywalne, ze względu na ogromną objętość Ziemi. Strumień ten daje średni gradient temperatury (wzrost w kierunku środka) 25 K/km. Jest to niewystarczające do eksploatacji bezpośredniej, dlatego w geotermii istotne są tzw. rejony hipertermiczne (gradient większy od 80 K/km) i semitermiczne (od 40 do 80 K/km). Rejony hipertermiczne to przede wszystkim obszary radiogeniczne (duża zawartość pierwiastków radioaktywnych), obszary wysokiego strumienia ciepła (skały o bardzo dużej przewodności cieplnej) i punktowe źródła ciepła (zasoby magmy, wody geotermalne). W tych rejonach zasoby geotermalne występują jako petrotermiczne (energia zgromadzona w skałach) i hydrotermiczne (w wodzie).

Uzyskiwanie energii[edytuj]

Instalacje geotermalne w Kalifornii, USA

Głównym sposobem pozyskiwania energii geotermalnej 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 geotermiczne są z reguły mocno zasolone, jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w przypadkach źródeł szczególnie gorących. Zagrożenie jakie niesie za sobą produkcja energii geotermicznej to zanieczyszczenia wód głębinowych, uwalnianie radonu, siarkowodoru i innych gazów.

Gorące źródła tzw. gejzery są charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko naturalne.

Wykorzystanie energii geotermalnej na świecie[edytuj]

Odwiert geotermalny w okolicach Reykjavíku

Poniższa tabela przedstawia sumaryczną moc instalacji geotermalnych w krajach, które najintensywniej wykorzystują ten typ energii w MW[2]:

Region

2008

2009

2010

2011

2012

Procent krajowej energii

 Stany Zjednoczone 3081 3207 3226 3236 3386 0,7%
 Filipiny 1958 1953 1966 1967 1968 23,8%
 Indonezja 1052 1189 1193 1209 1339 5,8%
 Włochy 811 843 863 863 863 2,5%
 Meksyk 965 965 965 887 812 2,9%
 Nowa Zelandia 629 629 769 769 769 15,2%
 Islandia 576 576 576 665 665 26,2%
 Japonia 532 500 502 502 502 0,4%

Świat

10530

10844

11055

11156

11446

Energia geotermalna w Polsce[edytuj]

Wykorzystanie głębokiej geotermii w Polsce

Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (Sudety – Cieplice, Lądek Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 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)[10].

Powstał atlas wód geotermalnych występujących na terenie Polski pod redakcją prof. Wojciecha Góreckiego z Wydziału Geologii Akademii Górniczo-Hutniczej, wskazujący obszary występowania wód geotermalnych na terenie Polski[11] Pierwszy w Polsce Zakład Geotermalny w Bańskiej-Białym Dunajcu powstał w latach 1989-1993. Od 2001 z odwiertów i instalacji korzysta PEC Geotermia Podhalańska SA, która pokrywa 35% zapotrzebowania na ciepło w Zakopanem[12].

Koszt wybudowania instalacji o mocy około 10 MW wystarczającej do podłączenia około 1000 domów jednorodzinnych wyniósł w przypadku jednego z odwiertów na Podhalu 20 mln zł w 2012 [12].

Wykorzystanie głębokiej geotermii[edytuj]

Istniejące ciepłownie geotermalne w Polsce (geotermia głęboka)[13]

nazwa lub lokalizacja rok powstania maksymalna
temperatura [°C]
moc zainstalowana [MW] wykorzystanie [TJ/rok]
całkowita z geotermii udział geotermii całkowite z geotermii udział geotermii
Geotermia Podhalańska 1992/1994, 2001[14] 86 80,8 40,7 50% 376, 398[15] 286,5 76%
Pyrzyce 1996 61 48 14,8 31% 100 60 60%
Mszczonów 2001 41 10,2 2,7 26% 56,9 15,1 27%
Stargard 2005[16], 2012[17] 78 10 10 100% 91 91 100%
Uniejów 2006 68 5 3,2 64% 17,8 8,9 50%
Poddębice 2013 71 3,8 3,8 100% 17-19 17-19 100%
Słomniki 2002[18] 17[18] 1,8[19] b. d. b. d. b. d. b. d. b. d.
Termy Uniejów[20] 2008 42 0,5 0,5 100% 7,7 7,7 100%
Terma Bukovina[20] 2008 65 0,35 0,35 100% 11 11 100%
Kąpielisko Geotermalne Szymoszkowa[20] 2008 80 0,3 0,3 100% 3 3 100%
Uniejów – podgrzewanie boiska b. d. 28 0,28 0,28 100% 4,4 4,4 100%
Terma Białka Tatrzańska[20] 2011 72 b. d. b. d. b. d. b. d. b. d. b. d.

Utworzona w 2008 roku spółka Geotermia Toruń planuje wykorzystanie wód geotermalnych do celów uzdrowiskowych oraz ciepłowniczych[21].

W 2017 dotację z NFOŚiGW na rozpoznawanie możliwości wykorzystania zasobów geotermalnych otrzymały m.in. gmina Szaflary, gmina Koło, gmina Lądek Zdrój, gmina Sochaczew oraz gmina Sieradz[22]. Pięciokilometrowy, najgłębszy w Polsce, odwiert w Szaflarach wg planów ma posłużyć nie tylko do ogrzewania domów ale także – pierwszy raz w Polsce – do produkcji prądu elektrycznego[23].

Wykorzystanie płytkiej geotermii[edytuj]

W Polsce funkcjonuje 35 tys. instalacji płytkiej geotermii wykorzystywanych do ogrzewania domów jednorodzinnych oraz obiektów publicznych. Moc tych instalacji to 390 MW. W ciągu roku wytwarzają one 2000 TJ energii[24].

Zalety i wady[edytuj]

Zaletami geotermii są:

  • 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 o wykorzystanie energii geotermalnej odznaczają się stosunkowo niskimi kosztami eksploatacyjnymi.

Wadami geotermii są:

  • 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,
  • choć energia geotermalna jest szeroko rozpowszechniona, nie wszędzie, gdzie występuje można ją łatwo pozyskiwać,
  • 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 dodatkowego źródła energii (np. gazu lub biomasy) do dogrzewania zbyt chłodnej wody[24].

Przypisy

  1. PSG – Polskie Stowarzyszenie Geotermiczne | Różnice pomiędzy wierceniami za wodą geotermalną a odwiertami naftowymi, www.energia-geotermalna.org.pl [dostęp 2017-09-16] (pol.).
  2. a b BP Statistical World Energy Review 2013. , 2013. BP p.l.c.. [dostęp 2013-06-13]. [zarchiwizowane z adresu 2013-12-06]. 
  3. a b Dane Eurostatu. Nie uwzględniają gruntowych pomp ciepła.
  4. US Department of Energy: 9. Geothermal. [dostęp 2008-12-13]. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-12-12)].
  5. Joe Anuta: Probing Question: What heats the earth's core?. physorg.com, 30 marca 2006. [dostęp 2008-12-13].
  6. D. L. Turcotte, Schubert, G.. Geodynamics. , s. 136–137, 2002. Cambridge, England, UK: Cambridge University Press (ang.). 
  7. M. A. Richards, R. A. Duncan, V. E. Courtillot. Flood Basalts and Hot-Spot Tracks: Plume Heads and Tails. „Science”. 4926 (246), s. 103–107, 1989. DOI: 10.1126/science.246.4926.103. PMID: 17837768. [dostęp 2007-04-21]. 
  8. D. F. Hollenbach, J. M. Herndon. Deep-Earth reactor: Nuclear fission, helium, and the geomagnetic field. „PNAS”. 20 (98), s. 11085–11090, 25 września 2001. DOI: 10.1073/pnas.201393998. PMID: 11562483. [dostęp 2007-03-01]. 
  9. Thorne Lay, Joe Hernlund i Bruce Buffett. Core–mantle boundary heat flow. „Nature Geoscience”, s. 25-32, 2008. 
  10. Przyszłość polskiej energetyki. TVP, 2009-01-29.
  11. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim, formacje mezozoiku, pod red W. Góreckiego, Kraków 2006
  12. a b PAP: Nowy odwiert geotermalny na Podhalu. 28-11-2012. [dostęp 2012-12-02].
  13. Beata Kempińska: Geotermia w Polsce – stan i możliwości wykorzystania. 2014-10-02. [dostęp 2017-10-05].
  14. Pierwszy rok działania ciepłowni geotermalnej [1] (str. 12)
  15. Dane za 2015 ze strony Geotermii Podhalańskiej
  16. PUC Geotermia Stargard, zlikwidowana w 2010
  17. Otwarta ponownie przez G-Term Energy Sp. z o.o.
  18. a b Elektrociepłownie geotermalne - Vademecum dla uczniów technikum, www.instsani.pl [dostęp 2017-11-23] (pol.).
  19. http://www.szanuj-energie.pl/files/file/artyku%C5%82y/10-12-21%20%20dobre%20praktyki.pdf
  20. a b c d Głównie pełni rolę rekreacyjną ale posiada też ciepłownię
  21. Geotermia ojca Rydzyka może dostać kolejne milionowe dotacje - Wiadomości, wiadomosci.onet.pl [dostęp 2017-11-23] (pol.).
  22. Ponad 107 mln zł na geotermię. Prof. Jan Szyszko: siedzimy na wielkim „piecu” - Energetyka, energetyka.wnp.pl [dostęp 2017-11-23] (pol.).
  23. W Szaflarach powstanie odwiert geotermalny do produkcji prądu - TVP3 Kraków - Telewizja Polska S.A, krakow.tvp.pl [dostęp 2017-11-23].
  24. a b dr Michał Wilczyński: Geotermia w Polsce – perspektywiczne źródło energii?. 2016-02-19. [dostęp 2017-09-26].
Energia odnawialna
Wind Turbine
Energia wodna
Energia geotermalna
Energia prądów morskich,
pływów i falowania

Energia słoneczna
Energia wiatru
Biopaliwo
Biomasa
Biogaz
Energia cieplna oceanu

Zobacz też[edytuj]

Linki zewnętrzne[edytuj]