Geotermia płytka na Dolnym Śląsku

Bezpieczeństwo energetyczne regionu –
potrzeby, wyzwania, problemy
Czy ogrzeje nas ciepło z ziemi?
dr inż. Michał POMORSKI
Wrocław, dn. 18.02.2013 r.
Plan wystąpienia
1. Wprowadzenie
2. Geotermia głęboka
 potencjał i możliwości techniczne
 stan obecny
 bariery rozwoju
3. Geotermia płytka




możliwości techniczne
stan obecny
warunki opłacalności
bariery rozwoju
4. Podsumowanie i wnioski
Wprowadzenie
Podział geotermii:
1. Geotermia głęboka – energia pochodzenia geotermicznego zawarta w:




gorących skałach,
pokładach solnych,
parze wodnej,
gorącej wodzie
2. Geotermia płytka – energia pochodzenia geotermicznego oraz solarnego
zakumulowana w:
 wodzie gruntowej,
 gruntach i skałach.
Atrakcyjność źródeł geotermalnych:




dostępność w każdym miejscu,
brak wahań związanych z warunkami meteorologicznymi,
nie ulegają wyczerpaniu,
brak lub niska emisja szkodliwych substancji do atmosfery.
Geotermia głęboka
Możliwości wykorzystania
geotermii głębokiej:
Hydrogeotermia:
 występowanie gorących
płynów lub pary
 występowanie
przepuszczalnych i
porowatych skał
 wysoka wydajność źródła
HDR (hot dry rock):
 występowanie gorących skał
 możliwości techniczne (np.
szczelinowanie)
Typy systemów geotermicznych [2]
Geotermia głęboka
1. Wytwarzanie prądu elektrycznego:
 wody termalne o temperaturze powyżej 100 oC,
 stosowanie układów konwersji energii z czynnikiem niskowrzącym
ORC,
2. Ciepłownictwo:
 konieczność lokalizacji odwiertów w pobliżu sieci ciepłowniczej
(aby wyeliminować koszt budowy sieci),
 zapewnienie całorocznego zapotrzebowania na ciepło,
 budowa
instalacji
geotermalnej
na
stałe
całoroczne
zapotrzebowanie, czyli letnią dolinę kiedy tylko ciepło jest
potrzebne do podgrzewania wody użytkowej,
3. Rekreacja,
4. Balneologia,
5. Rolnictwo.
Geotermia głęboka
Źródła ciepła w geotermii głębokiej:
1. Ciepło przenoszone z głębi Ziemi:
 Kondukcja (przewodzenie ciepła przez skały),
 Konwekcja (unoszenie przez wody podziemne),
2. Ciepło wydzielające się z rozpadu naturalnych izotopów
promieniotwórczych znajdujących się w skałach.
Geotermia głęboka
Czynnikiem decydującym o
występowaniu wód termalnych jest
strumień ciepła przenoszony z głębi
Ziemi.
 średnia dla Ziemi – 63 mW/m2
 Europa - 55-65 mW/m2,
 Polska - 21-91 mW/m2,
 Dolny Śląsk - 50-60 mW/m2.
Strumień ciepła powoduje
postawanie gradientu temperatury:
 średnia dla Ziemi – 25 K/km
Mapa strumienia ciepła
dla obszaru Polski [2]
Geotermia głęboka
Mapa zasobów geotermalnych Polski na głębokości 3000 m [2]
Geotermia głęboka - zasoby
Teoretyczny potencjał geotermii:
32- 110 mld tpu
Zasoby wydobywalne:
1-7 mld tpu
Z badań prof. J. Sokołowskiego
można wywnioskować, że na Dolnym
Śląsku nie ma zasobów energii
geotermalnej jako źródła ciepłej
wody pochodzącej z warstw skał
porowatych.
Monolityczna
teoretycznie
możliwość.
Zasoby energii geotermalnej w Polsce [5]
struktura
wyklucza
warstw
taką
Występujące nielicznie pęknięcia i
uskoki
umożliwiają
jednak
pozyskiwanie wód geotermalnych.
Geotermia głęboka – stan obecny
Mapa istniejących i planowanych zakładów geotermalnych w Polsce [6]
Geotermia głęboka – stan obecny
Występowanie wód termalnych na Dolnym Śląsku
Lokalizacja
Głębokość
Temperatura
Wydajność
m
oC
m3/h
25-26
54
Kopalnia Turów
Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C1)
661
41
1,1
Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C1)
Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C2)
Jeleniów
Duszniki-Zdrój
2002,5
750
133
1695
86,7
63,3
20,2
34,7
45
27
7,5
30
Krosnowice
525
22
3,6
Lądek-Zdrój
0-700
20,3 (źródła)-44
(odwiert)
39,6
Opracowanie własne na podstawie [3]
Geotermia głęboka – przyszłość
Koncesje Ministra Środowiska
na poszukiwanie,
rozpoznawanie i wydobywanie
wód termalnych [8]
Geotermia głęboka - bariery
 słabe rozpoznanie zasobów wód termalnych – badania bardzo
kosztowne,
 stosunkowo niska temperatura wód – zazwyczaj 30-60 oC (nie
przekracza 100 oC) przeciętnie na głębokościach 1,5-3,5 km
 stosunkowo niska wydajność pojedynczych ujęć – do kilkudziesięciu
m3/h
 wysokie koszty inwestycyjne, głównie wynikające z wierceń – koszt
jednego odwiertu na głębokość ok. 1,5 km wynosi ok. 10 mln. zł.
Geotermia płytka
Schemat instalacji GPC i najpopularniejszych rozwiązań dolnych źródeł ciepła
[4]
Geotermia płytka w Europie
Liczba instalacji
z wykorzystaniem
gruntowych pomp ciepła
i ich moc w krajach UE [7]
Geotermia płytka w Europie
20000
18000
300
Liczba instalacji
Moc zainstalowana, MWt
250
Liczba instalacji
16000
14000
200
12000
10000
150
8000
100
6000
4000
50
2000
0
0
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Liczba instalacji z wykorzystaniem gruntowych pomp ciepła i ich moc [7]
Geotermia płytka na Dolnym Śląsku
Moc zainstalowanych gruntowych pomp ciepła
na Dolnym Śląsku (jednostkowa moc powyżej 20 kW)
3500
Moc zainstalowana, kW
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Geotermia płytka na Dolnym Śląsku
Struktura dolnych źródeł ciepła
5%
7%
29%
grunt - inne
grunt - wymiennik poziomy
grunt - wymiennik pionowy
woda gruntowa
59%
Geotermia płytka - opłacalność
Warunki opłacalności instalacji GPC:
 Efektywność energetyczna
 COP – rośnie wraz ze zmniejszaniem różnicy temperatury
pomiędzy źródłem ciepła dolnym i górnym
 PER – współczynnik zużycia energii pierwotnej wyznaczany jako
iloczyn COP i sprawności wytworzenia i przesyłu prądu
elektrycznego
 Nakłady inwestycyjne – zależne od typu instalacji i jej mocy
 Koszty eksploatacyjne – koszty zakupu energii napędowej oraz
utrzymania instalacji (serwis, naprawy)
Geotermia płytka - opłacalność
Jednostkowe koszty inwestycyjne
1700-7800 zł/kW
Budynki edukacyjne – 2500-3600 zł/kW
Budynki zamieszkania zbiorowego – 1700-2500 zł/kW
Budynek jednorodzinny:
 System otwarty dwuotworowy – 4000-5400 zł/kW
 System zamknięty z sondami pionowymi – 5700-7800 zł/kW
 System zamknięty z wymiennikiem poziomym – 5000-5600 zł/kW
Geotermia płytka - opłacalność
Skumulowane koszty ogrzewania budynku jednorodzinnego
dla różnych systemów grzewczych [4]
Geotermia płytka - bariery
Bariery utrudniające rozwój geotermii niskotemperaturowej:
 psychologiczne - brak wiedzy na temat instalacji GPC oraz pewności
niezawodnego ich działania, niekompetentni sprzedawcy urządzeń i usług
instalacyjnych w wyniku burzliwego rozwoju branży,
 informacyjne – brak informacji na temat zasady działania i typów pomp
ciepła, efektów grzewczych i finansowych możliwych do uzyskania,
wymogów formalnych związanych z realizacją inwestycji, finansowania
inwestycji,
 ekonomiczne - wysokie koszty inwestycyjne GPC, niskie ceny paliw
konwencjonalnych (głównie węgla), słaba ochrona cieplna budynków, brak
zachęt finansowych.
Podsumowanie
Czynniki, które mogą pomóc w rozwoju geotermii w Polsce:
 utworzenie funduszu ryzyka geologicznego,
 wprowadzenie systemu wsparcia dla produkcji ciepła z geotermii (dopłaty,
certyfikaty, itp.),
 finansowe wsparcie dla wybranych (najlepszych) projektów inwestycyjnych,
 utrzymanie zwolnienia z opłat za eksploatację wód termalnych,
 uproszczenie procedur administracyjnych (zarówno dla geotermii głębokiej
jak i płytkiej),
 wprowadzenie zachęt materialnych dla gospodarstw domowych
użytkujących ciepło z GPC (np. ulgi podatkowe),
 dofinansowania do budowy budynków z wykorzystaniem OZE (m.in.
pompami ciepła),
 kształtowanie świadomości społecznej do bycia ekologicznym,
Literatura
[1] Choo Yong Fern, Energy output calculation of closed loop geothermal system at high
temperature formation, Master Thesis, Wrocław 2013
[2] Sobótka K., Odnawialne źródła energii możliwe do wykorzystania w lokalnej
gospodarce energią, Mazowiecka Agencja Energetyczna
[3] Ciężkowski W., Michniewicz M., Przylibski T.A., Wody termalne na Dolnym Śląsku
[4] Kapuściński J., Rodzoch A., Geotermia niskotemperaturowa w Polsce i na Świecie.
Stan aktualny i perspektywy rozwoju. Uwarunkowania techniczne, środowiskowe i
ekonomiczne, Warszawa 2010
[5] Zaprzelski Z., Ocena zasobów energii geotermalnej i możliwości jej wykorzystania w
województwie Warmińsko-Mazurskim, Olsztyn 2006
[6] Nowak W., Stachel A.A., Ciepłownie geotermalne w Polsce – stan obecny i planowany,
Czysta energia, lipiec/sierpień 2004
[7] Geothermal energy barometer, http://www.eurobserv-er.org/
[8] Geotermia w Polsce – działania Ministerstwa Środowiska w celu promowania
geotermii, Ministerstwo Środowiska, Departament Geologii i Koncesji Geologicznych
Bezpieczeństwo energetyczne regionu –
potrzeby, wyzwania, problemy
Czy ogrzeje nas ciepło z ziemi?
dr inż. Michał POMORSKI
Wrocław, dn. 18.02.2013 r.