GEOTERMIA - trudne źródło energii

Temat przetwarzania „naturalnego ciepła Ziemi” - energii geotermalnej - w ciepło użytkowe i energię elektryczną pojawia się niemal zawsze przy omawianiu odnawialnych źródeł energii. Z wielu publikacji, fachowych czy typowo informacyjnych wynika, że zasoby tej energii w Polsce są ogromne, szacowane w milionach ton paliwa umownego, zdaniem autorytetów (geologów), praktycznie niewyczerpalne.

Pomimo tego, na dzień dzisiejszy nie realizuje się w Polsce dużych projektów geotermalnych (z wyjątkiem tak zwanej „geotermii toruńskiej”), na większą skalę, jedynie małe, rozproszone inwestycje w postaci przydomowych pomp ciepła.

Niniejszy artykuł wyjaśnia, przynajmniej w podstawowym zakresie, przyczyny takiego stanu rzeczy oraz jakie kroki należałoby podjąć, aby geotermia przestała być zagadnieniem teoretycznym, a rzeczywistym, eksploatowanym źródłem wyjątkowo czystej i efektywnie przetwarzanej energii.

Zasoby

Zasoby energii geotermalnej są w Polsce dobrze rozpoznane i opracowane [1]. Praktycznie w dowolnym miejscu kraju można dla danego obszaru określić warunki panujące do kilku kilometrów w głąb ziemi, a dostępność zasobów leżących w takich formacjach nie stanowi w dzisiejszych czasach specjalnego wyzwania z punktu widzenia techniki. Duża część terytorium Polski leży w obrębie strumienia cieplnego, gdzie warunki termiczne, na określonych głębokościach, są lepsze od przeciętnych. Strumień ten, przedstawiając obrazowo, biegnie z południa Polski w kierunku północno-zachodnim, obejmując województwa małopolskie, łódzkie, część wielkopolski oraz zachodniopomorskie. Nakładając izolinie temperatur na mapę zasobów wodnych, w wielu miejscach objętych strumieniem dysponujemy zbiornikami wód geotermalnych o bardzo dobrych parametrach. Pewne lokalizacje można uznać za optymalne lub wręcz idealne do celów „energetycznych”, szczególnie ciepłowniczych – wodą o temperaturach pomiędzy 60°C, a 70°C, przy wydajności do 300 m³ na godzinę, można swobodnie zasilić nowoczesną instalację cieplną np. dużego osiedla domów, czy wielkiego centrum handlowego.

Takie zasoby są dostępne na głębokościach około 2 km, co z punktu widzenia kosztów niezbędnych wierceń nie musi wyglądać dyskwalifikująco. Gorzej prezentuje się możliwość pozyskania istniejących zasobów wód geotermalnych o temperaturach około 120°C i nieco wyższych, które stanowią dolną barierę przy generowaniu energii elektrycznej w instalacjach ORC (systemy pośrednie, gdzie woda geotermalna podgrzewa instalację z niskowrzącą cieczą, która z kolei napędza turbogenerator). Zasoby takie, nieliczne zresztą, zalegają na głębokościach około 4 km, gdzie kosztów wierceń, pomimo rekompensującego czynnika w postaci wyjątkowo wysokosprawnych i wydajnych instalacji ORC, nie przeniesie żaden uczciwie sporządzony rachunek ekonomiczny. Jest to jednak zagadnienie na tyle obszerne i – co potwierdzi każdy doświadczony specjalista – niewykonalne w polskich warunkach, że w dalszym ciągu omawiana będzie geotermia w sensie ciepłowniczym.

Dla porządku, pompy ciepła – urządzenia do przetwarzania energii wód geotermalnych ze źródeł niskotemperaturowych na ciepło użytkowe – również są pominięte, jako że wykorzystanie takich urządzeń w instalacjach większych mocy w zasadzie nie jest praktykowane.

Realizacja inwestycji

Proces realizacji inwestycji geotermalnej jest dużo bardziej skomplikowany w porównaniu do obiektów przetwarzających inny typ energii odnawialnej (wiatr, biopaliwo, biogaz). Oprócz typowej ścieżki wykonania szeregu analiz i otrzymania pozwoleń na budowę instalacji, inwestor musi uzyskać koncesje na wykonanie odwiertów i eksploatację wód geotermalnych, traktowanych przez prawo jako kopaliny. Projekt ciepłowniczy zwykle jest sztywno ulokowany (na przykład w centrum miasteczka), bowiem przesył ciepła na duże odległości, w przeciwieństwie do energii elektrycznej, jest mało wykonalny ze względu na wysokie koszty sieci i duże straty. Do tego dochodzi jeszcze ogromne ryzyko związane z samym źródłem (potęgowane przez sztywną lokalizację). Dopóki nie wykona się próbnego odwiertu, nie wiadomo, czy woda ma odpowiednią temperaturę i odpowiednie ciśnienie, a w skrajnym przypadku, czy w ogóle występuje (!).

O ile więc np. w typowym projekcie wiatrowym, fiasko projektu związane z niższą od oczekiwanej średnioroczną energią wiatru pociąga za sobą koszty poniesione z wykonaniem drogich, kosztujących nawet kilkaset tysięcy zł analiz, to w projekcie geotermalnym może w skrajnym przypadku pozostać bezużyteczny, 2 km głębokości otwór, którego wykonanie kosztowało kilka milionów złotych.

Rachunek ekonomiczny

Poza problemami typowo technicznymi, elementem skutecznie podważającym kosztorysy przedsięwzięć geotermalnych jest zysk z odsprzedaży energii cieplnej. W przeciwieństwie do prądu elektrycznego generowanego z odnawialnych źródeł energii, ciepło nie jest objęte świadectwami pochodzenia, potocznie zwanymi „zielonymi certyfikatami”. O ile wytwórca energii elektrycznej z OZE (w większości przypadków) oprócz zapłaty za towar otrzymuje również certyfikat, który można odsprzedać podwajając przychód, wytwórca ciepła uzyskuje środki wyłącznie ze sprzedaży energii cieplnej. Naturalnie, nie można energii elektrycznej i cieplnej porównać ze sobą bezpośrednio, jednak patrząc wyłącznie na rachunek ekonomiczny, środki ze sprzedaży świadectw pochodzenia mogą znacznie skrócić okres spłaty nakładów inwestycyjnych, co dla typowego inwestora ma ogromne znaczenie.

Trudno oczekiwać, aby przy istniejących regulacjach (nierównym traktowaniu energii elektrycznej i cieplnej), braku narzędzi mogących zmniejszyć ryzyko niepowodzenia (ubezpieczenia inwestycji) oraz kiepskiej dostępności technologii (nie ma w Polsce firm oferujących głębokie wiercenia za rozsądną cenę oraz konsultantów doświadczonych na tyle, żeby zapanować nad całym procesem realizacji projektu) inwestorzy zainteresowali się poważnie instalacjami geotermalnymi. Jak pokazuje praktyka, ostateczne powodzenie projektu geotermalnego w ciepłownictwie zależy od szeregu czynników. Niemniej trzy kluczowe:

• korzystna regulacja taryfowa faworyzująca rozwiązania ekologiczne,
• możliwość ubezpieczenia projektu na wypadek niepowodzenia,
• dostępność technologii i odpowiedzialnych wykonawców,

nie są obecnie w Polsce spełnione. O ile obecność ostatniego rynek ureguluje sam, to pozostałe leżą w gestii państwa.

Wnioski

Pozostaje odpowiedzieć na pytanie, czy w ogóle warto zadać sobie trud rozwiązania opisanych problemów i promować geotermię jako popularne źródło energii na większą skalę?

Na pewno tak, bowiem praktycznie nie ma alternatywnych, równie czystych źródeł energii cieplnej. Produkcja ciepła  na drodze spalania paliw, nawet tych ekologicznych, powoduje wydzielanie dużych ilości CO₂, którego emisję powinno się przecież konsekwentnie redukować.

W przypadku geotermii, pobiera się energię wód w wymienniku ciepła, a nośnik ciepła – wodę, zatłacza z powrotem w głąb ziemi, do źródła. W normalnym stanie, ciepłownia geotermalna nie wpływa negatywnie na środowisko naturalne, eksploatuje się jedynie energię. A tej, jak wspomniano, mamy w Polsce pod dostatkiem na wiele lat.

Autor dziękuje naukowcom z Katedry Surowców Energetycznych AGH Kraków za udostępnienie materiałów naukowych.

Literatura

Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim pod red. W. Góreckiego, AGH 2006.