Czym jest energia geotermalna i co warto o niej wiedzieć?

Energia geotermalna na szeroką skalę pozyskiwana jest w polskich Tatrach. W innych regionach naszego kraju dopiero zyskuje na popularności. To wydajne, ale niezwykle trudne do pozyskania źródło energii odnawialnej. Dzieje się tak, ponieważ najbardziej wydajne złoża energii znajdują się głęboko pod powierzchnią ziemi w postaci gorącej wody, pary i skał. Zgromadziliśmy szereg informacji, które warto znać, aby orientować się w tematyce energii geotermicznej!

Czym jest energia geotermalna?

Energię geotermalną nazywa się inaczej energią geotermiczną lub geotermią. Jest to energia cieplna, której źródłem są skały, woda lub grunt znajdujące się głęboko pod powierzchnią ziemi. Energię geotermalną zalicza się do odnawialnych źródeł energii.

Energię geotermalną pozyskuje się poprzez dokonywanie odwiertów technologią odwiertów naftowych z drobnymi różnicami w szczegółach wykonania i umiejscowienia. Odwierty mają kilka kilometrów głębokości. Należy uważać, aby nie pobierać zbyt dużych ilości ciepła, ponieważ może to doprowadzić do wychłodzenia skał lub spadku ciśnienia w zbiornikach, a proces odnawiania źródeł geotermalnych jest niezwykle powolny. Pozyskanie energii geotermalnej wiąże się z wysokimi kosztami i koniecznością wykorzystania zaawansowanej technologii. Z tego względu to źródło odnawialnej energii uznaje się za najtrudniejsze do wykorzystania.

Jak powstają złoża geotermalne?

Powstawanie złóż geotermalnych odbywa się dzięki obiegowi wody w przyrodzie. Woda pochodząca z opadów atmosferycznych wnika do wnętrza ziemi, gdzie ma kontakt z intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy. Te podgrzewają ją do znacznych temperatur. Woda może wędrować ciekami podziemnymi ku powierzchni ziemi lub tworzyć złoża zalegające na dużych głębokościach. Szacuje się, że wydobycie opłacalne odbywa się na głębokości nie większej niż 4 kilometry w głąb ziemi.

Jak działa elektrownia geotermalna?

Budowę elektrowni geotermalnej najprościej zobrazować za pomocą dwóch otworów w ziemi. Pierwszy z nich będzie służył do pobierania gorącej wody lub pary wodnej spod powierzchni ziemi, drugim natomiast będzie się odbywało przekazywanie ostudzonej wody z powrotem pod powierzchnię. Jeśli temperatura wody lub pary wodnej pozyskiwanej spod ziemi przekracza temperaturę 300 stopni Celsjusza, to budowa elektrowni przypomina konstrukcję tradycyjnych elektrowni parowych (elektrownia jednoczynnikowa). Gdy natomiast temperatura pozyskiwanych źródeł jest niższa, konieczne staje się zainstalowanie dodatkowego obiegu z czynnikiem roboczym (elektrownia dwuczynnikowa).

Rodzaje elektrowni geotermalnych

Wyszczególnić daje się dwa podstawowe rodzaje elektrowni geotermalnych:

• elektrownie jednoczynnikowe;
• elektrownie dwuczynnikowe.

Elektrownie geotermalne jednoczynnikowe

Elektrownia jednoczynnikowa jest w stanie osiągnąć do 30% swojej sprawności. W tym przypadku złoże w postaci pary wodnej dostaje się bezpośrednio do turbiny. Tam następuje ekspansja, po której para przedostaje się do skraplacza, gdzie zmienia stan skupienia na ciekły.

Elektrownie geotermalne dwuczynnikowe

Elektrownie dwuczynnikowe określa się również mianem binarnych. W tym przypadku para przedostaje się do parownika. Ten pełni rolę swojego rodzaju kotła parowego. Tutaj kończy się obieg pierwszy. Oddane ciepło trafia do obiegu drugiego, w którym znajduje się czynnik roboczy charakteryzujący się niską temperaturą wrzenia. Elektrownie dwuczynnikowe nie wykorzystują klasycznego układu wodno-parowego, a ich sprawność waha się w granicach 10-15%.

Przykłady zastosowań geotermii

Najbardziej oczywistym zastosowaniem zasobów wysokotemperaturowych jest wykorzystywanie ich do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach geotermalnych. W tym przypadku wybór metody pozyskiwania prądu uzależniony jest od temperatury źródła, jego stanu termodynamicznego oraz składu chemicznego.

W Polsce działa kilkanaście uzdrowisk stosujących wody geotermalne oraz kilkanaście kompleksów, które udostępniają termy w celach rekreacyjnych.

Ciepło geotermalne wykorzystywane jest również w przydomowych pompach ciepła, które są coraz częściej wykorzystywanym źródłem ogrzewania energooszczędnych domów jednorodzinnych.

Ciekawostką jest, że na Podhalu wykorzystuje się zastosowania bezpośrednie służące suszeniu drewna, a w Uniejowie stworzono podgrzewane geotermią boisko oraz ścieżki spacerowe.

Wady i zalety elektrowni geotermalnych

Elektrownie geotermalne, jak wszystkie technologie pozyskiwania energii, posiadają jednocześnie szereg wad, jak również zalet.

Zalety elektrowni geotermalnych

Podstawową zaletą elektrowni geotermalnych jest ich ekologiczność. Pompy ciepła pracują przy wykorzystaniu energii geotermalnej i nie generują żadnych szkodliwych dla środowiska substancji.

Energię geotermalną uznaje się za bardzo opłacalny sposób ogrzewania, ponieważ cechuje się ona niskim kosztem pozyskania energii cieplnej.

Żywotność elektrowni geotermalnej wynosi około pięćdziesięciu lat. Z powodzeniem może być ona wykorzystywana do ogrzewania domów przez kilka kolejnych pokoleń.

Przydomowe pompy ciepła mogą pracować samodzielnie, ale też stanowić element większego systemu. Są zdolne do współpracy z pozostałymi urządzeniami, na przykład kotłami i kominkami.

Niepodważalną zaletę stanowi fakt, iż zasoby energii geotermalnej są dostępne zawsze, niezależnie od warunków pogodowych. To cecha, która odróżnia je od pozostałych odnawialnych źródeł energii.

Wady elektrowni geotermalnych

Przydomowe elektrownie geotermalne w postaci pomp ciepła będą opłacalne jedynie w sytuacji, kiedy cały dom można uznać za spełniający kryteria energooszczędności. Początkowa inwestycja w elektrownie geotermalne jest bardzo kosztowna. Płytka, przydomowa pompa ciepła wiąże się z koniecznością poniesienia wydatku w granicach kilkudziesięciu tysięcy złotych.

Ekolodzy podkreślają, że efektem ubocznym korzystania z energii geotermalnej może być niebezpieczeństwo zanieczyszczenia atmosfery, wód powierzchniowych i głębinowych poprzez szkodliwe gazy i minerały wydobywające się z wnętrza Ziemi.

Ponadto istnieje niewielkie ryzyko przemieszczania się złóż geotermalnych. W historii odnotowano bowiem przypadki, kiedy złoża te na całe dziesięciolecia zniknęły z miejsca eksploatacji.

Wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce

Uznaje się, że wykorzystanie w Polsce głębokiej geotermii stwarza wiele możliwości w kwestii pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych i ekologicznych. Zgodnie z szacunkami, aż 40% wód termalnych znajdujących się w granicach naszego kraju można wykorzystać do utworzenia elektrowni geotermalnej.

Źródła geotermalne znajdują się na przeważającej części powierzchni Polski. W związku z tym dostęp do nich uznaje się za nieograniczony. Aby jednak utworzyć elektrownię geotermalną, konieczne jest spełnienie szeregu warunków i zebranie szerokiej dokumentacji administracyjnej.

Podsumowując, energia geotermalna jest jednym ze źródeł odnawialnych energii elektrycznej i cieplnej. Wykorzystujące ją elektrownie geotermalne sięgają głęboko w głąb ziemi, aby stamtąd pozyskać gorącą parę wodną lub wodę. Szacuje się, że niemalże całe terytorium naszego kraju stanowi lokalizację podatną na pozyskiwanie energii z Ziemi.