Elektrownie geotermalne w Polsce – wady i zalety, ważne kwestie

Energia geotermalna to energia, która jest ustawicznie wytwarzana przez naszą planetę. Można się do niej dostać przez specjalne odwierty. To jak ogromnym potencjałem mogą dysponować źródła geotermiczne niech świadczyć fakt, iż aż 99% naszej planety – Ziemi ma temperaturę przewyższającą 1000°C.

Nic więc dziwnego, że ciepłem Ziemi od wielu już lat mocno zainteresowana jest energetyka odnawialna. To źródło energii przyjazne dla środowiska, a także alternatywne dla najpopularniejszych wciąż niestety węgla i ropy naftowej.

Energia geotermalna – możliwości jej wykorzystania

Im bliżej jądra Ziemi, tym bardziej gorąco

We wnętrzu Ziemi zgromadzona jest ogromna ilość energii w postaci ciepła. Nie jest ono jednak rozłożone równomiernie. Temperatura jądra planety sięga blisko 7000°C, podczas gdy chłodna powierzchnia ma przeciętnie tylko 15°C. Sama tylko górna dziesięciokilometrowej grubości warstwa Ziemi dysponuje teoretycznie potencjałem energii cieplnej pokrywającym 100000 razy aktualne zapotrzebowanie na energię. Pewna część ciepła pochodzi z okresu powstawania planety przed 4,7 mld lat, ale większość (ok 70%) energii jest wynikiem rozpadu naturalnych radioaktywnych izotopów, zachodzącego w płaszczu Ziemi.

Pośród wielu rodzajów odnawialnych źródeł energii, energia geotermalna należy do najtrudniej dostępnych. W ponad 60 krajach działają elektrownie geotermalne, w Polsce jak dotąd wykorzystywana jest tylko woda termalna, a w kilku miejscach energią z Ziemi zasilane są systemy ciepłownicze. Woda termalna pochodzi ze źródeł związanych z aktywnością wulkaniczną i w niektórych uzdrowiskach w Polsce ma średnią temperaturę 18°C.

W większości regionów Ziemi temperatury na głębokości ok. 500 m wynoszą 25-30°C. Schodząc do 1000 m temperatura rośnie do 35-45°C. W określonych warunkach geologicznych bywa czasem nawet 100-200°C na tej głębokości. Energia cieplna zgromadzona w gruncie, skałach i płynach w skalnych szczelinach może być wykorzystywana jako ekologiczny zamiennik paliw kopalnych.

Zastosowanie i rodzaje energii geotermalnej

W zależności od temperatury wody lub skały oraz technologii pozyskania wykorzystanie energii, rozróżnia się geotermię niskotemperaturową oraz wysokotemperaturową. Zasada działania urządzeń korzystających z ciepła przypowierzchniowych warstw gruntu opiera się na geotermalnych pompach ciepła. Temperatura źródła ciepła jest stabilna, ale stosunkowo niska i wymaga przeniesienia ciepła na wyższy poziom termodynamiczny. Pompy ciepła zapewniają ogrzewanie i chłodzenie budynków, a także ogrzewania wody użytkowej.

Znacznie większe pod względem skali jest zastosowanie geotermii wysokotemperaturowej. Temperatury wód termalnych rzędu 100°C dają możliwość zasilania ciepłowni geotermalnych oraz basenów rekreacyjnych. Najważniejszym i mającym coraz większe znaczenie w przyszłości sposobem wykorzystania energii geotermalnej zawartej w pozyskiwanej z głębokich odwiertów parze wodnej oraz przegrzanej wodzie, jest elektrownia geotermalna.

Pierwsza eksperymentalna elektrownia geotermalna powstała na początku XX wieku we Włoszech. Parę wodną pozyskaną z wnętrza ziemi wykorzystano do wytwarzania prądu elektrycznego. Obecnie takie elektrownie działają w wielu krajach i wciąż rośnie ich moc zainstalowana.

Zasada działania elektrowni geotermalnej

Rodzaje elektrowni geotermalnych w zależności od parametrów płynu roboczego

Temperatura i stan tak zwanego geopłynu pozwalają na klasyfikację zasilanych nim elektrowni według trzech kategorii:

• Elektrownia geotermalna na parę suchą – należy do najprostszych technicznie instalacji, a zarazem najbardziej sprawnych energetycznie. Pozyskana z odwiertów sucha para o temperaturze ponad 200°C jest kierowana do turbiny parowej, a następnie skraplana.
• Elektrownia geotermalna na parę mokrą – w tym wypadku z odwiertów płynie mieszanina wody i pary o wysokim ciśnieniu i temperaturze. Wydzielona para sucha kierowana jest do turbiny.
• Elektrownia geotermalna z czynnikiem pośredniczącym – tego typu instalacje wykorzystują ciepło wydobyte odwiertami z zastosowaniem niskowrzącej substancji pośredniczącej. Ostatecznie para jest kierowana do turbiny, gdzie napędza generator.

Perspektywy elektrowni geotermalnych w Polsce

W przeciwieństwie do krajów leżących w obszarze aktywności wulkanicznej, jak Filipiny, Indonezja, Nowa Zelandia, Stany Zjednoczone albo Islandia, w Polsce wody geotermalne mają nioską temperaturę, tylko w głębokich złożach przekraczającą 100°C. Powoduje to niską sprawność instalacji.

Analizowane lokalizacje (m.in. Cieplice, Konin, Łowicz, Stargard) wykazują możliwość użycia wody o temperaturze poniżej 90°C. Elektrownia geotermalna powinna być typu trzeciego z czynnikiem roboczym. Krajowe źródła geotermalne wykorzystywane w ciepłowniach mogą być również eksploatowane do wytwarzania energii elektrycznej w układach niskotemperaturowych.

Źródła średnio- i niskotemperaturowe występujące w Polsce umożliwiają wytwarzanie prądu, jednak ich moc i sprawność nie będą zbyt wysokie. Najbardziej odpowiednie do tego celu są złoża pary oraz gorącej wody o wysokiej temperaturze. Ciepło zamienia się najpierw w energię mechaniczną, a potem w elektryczną.

Zalety i wady energii geotermalnej

Nie ulega wątpliwości, że energetyka odnawialna ma przed sobą świetlaną przyszłość. Fotowoltaika, siła wiatru, biogaz i inne formy zielonej energii zastąpią szkodliwe dla środowiska i będące na wyczerpaniu paliwa kopalne. W Polsce i na świecie na wartości zyskują również źródła geotermiczne. Do ich zalet należy równomierna moc niezależnie od pory roku, a płytka geotermia może mieć zastosowanie w domach jednorodzinnych.

Podstawową wadą jest możliwość wykorzystania ciepła z wnętrza Ziemi nie na każdym obszarze. Budowa bardzo głębokich odwiertów jest nieopłacalna, a poza tym nie wszędzie są źródła równie efektywne. Negatywną stroną energii geotermalnej jest wysoki koszt całego systemu odwiertów.