Wojciech Górecki ..................Wody geotermalne Polski
advertisement
WODY GEOTERMALNE POLSKI WOJCIECH GÓRECKI Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków e-mail: [email protected] Z zasobów energii odnawialnej w Polsce, jedną z pierwszoplanowych ról w lokalnym i regionalnym bilansie nośników energii, może odegrać w najbliższej przyszłości energia pozyskiwana z wód geotermalnych. Wykorzystanie czystych ekologicznie zasobów energii geotermalnej jest realne i ekonomicznie uzasadnione dla wielu obszarów na Niżu Polskim , w Karpatach i Sudetach. Zasoby energii geotermalnej w Polsce związane są z wodami podziemnymi różnych pięter stratygraficznych występującymi na różnych głębokościach w obrębie jednostek geologicznych Niżu Polskiego, Sudetów i Karpat. Podstawowe zasoby wód geotermalnych na Niżu Polskim związane są z warstwami wodonośnymi ery mezozoicznej. Wody geotermalne zakumulowane są tutaj przede wszystkim w formacjach piaszczystych dolnej kredy i dolnej jury (Sokołowski J. 1987; Ney R., Sokołowski J. 1987; Ney R. 1985; Górecki W. i in. 1990; Górecki W. i in. 1995). Znaczne zasoby energii geotermalnej zakumulowane są w wodach zbiorników: górnojurajskiego, środkowojurajskiego, górnotriasowego i dolnotriasowego (Górecki W. i in. 2000). Wielkość obliczonych zasobów dyspozycyjnych energii geotermalnej dla wymienionych zbiorników mezozoicznych na Niżu Polskim wynosi 6,6 x 1018 J, co stanowi równowartość około 1,5 x 108 TOE/rok. Wielkość obliczonych zasobów dyspozycyjnych energii geotermalnej można korelować z wartością zasobów energii geotermalnej obliczoną dla obszaru Europy przez R.Cataldiego (1993, 1994). Szacuje on wielkość zasobów energii geotermalnej (geothermal reserves) na 6·1019J/rok (co odpowiada 1430·106TOE/rok). R.Cataldi uważa, że energię geotermalną można w Europie wykorzystywać na stosunkowo niewielkim obszarze, obejmującym w sumie kilka tysięcy kilometrów kwadratowych, gdzie znajduje się 5-10% wymienionych zasobów. Na obszarach tych własności zasobów geotermalnych są szczególnie korzystne, a równocześnie warunki rynku ciepłowniczego są na tyle atrakcyjne, że mogą przyciągnąć kapitał inwestycyjny. Przy ocenie wielkości zasobów dyspozycyjnych i eksploatacyjnych oraz ocenie możliwości budowy instalacji geotermalnych należy wziąć pod uwagę następujące uwarunkowania: – Energia uzyskana z wód geotermalnych może być wykorzystywana w miejscach wydobywania wód. Zasoby eksploatacyjne będą więc ograniczone do rejonów miast i miejscowości, rejonów przemysłowych, rolniczych i rekreacyjno-wypoczynkowych. – Ze względu na znaczną kapitałochłonność inwestycji geotermalnych, lokalny rynek ciepłowniczy powinien być bardzo atrakcyjny, zdolny do przyciągnięcia inwestorów. – Budowa instalacji geotermalnych w naturalny sposób ograniczona jest do obszarów, gdzie występują wody geotermalne o optymalnych własnościach. Czynniki decydujące o opłacalności wykorzystania ciepła wód geotermalnych Czynniki zależne od warunków hydrogeotermalnych występujących na danym obszarze: – wydajność eksploatacyjna wód podziemnych (moc cieplna ujęcia), – temperatura wód geotermalnych (moc cieplna ujęcia), – głębokość zalegania warstwy wodonośnej (koszt wykonania otworów), – skład chemiczny wody/mineralizacja (koszty eksploatacji). Czynniki zależne od sposobu obciążenia instalacji ciepła geotermalnego: – roczny współczynnik obciążenia instalacji – czas wykorzystania pełnej mocy cieplnej ujęcia (jednostkowe koszty produkcji ciepła), – stopień schłodzenia wody geotermalnej (moc cieplna ujęcia), – odległość geotermalnych otworów wiertniczych od odbiorcy ciepła (nakłady na rurociąg przesyłowy wody geotermalnej), – koncentracja zapotrzebowania na ciepło na obszarze jego odbioru (nakłady na sieć dystrybucji ciepła). Czynniki zależne od makrootoczenia: – koszty produkcji (konkurencyjność), ciepła metodami konwencjonalnymi/ceny paliw – poziom stóp procentowych kredytów inwestycyjnych (koszt obsługi zaciągniętych zobowiązań finansowych), – proekologiczna polityka państwa (dostępność środków finansowych na zasadach preferencyjnych), – wysokość środków finansowych przeznaczonych na badania naukowe i promocję odnawialnych źródeł energii (koordynacja działań zmierzających do szerszego i efektywnego zagospodarowania OZE, propagowanie rzetelnej wiedzy i know-how). Warunki temperaturowe i hydrogeologiczne mają decydujący wpływ na ekonomiczną zasadność wykorzystania zasobów wód i energii geotermalnej. Innymi czynnikami wpływającymi na ekonomiczną zasadność wykorzystania energii geotermalnej są (Kuźniak T. 1990): – koszt wierceń na jednostkę pozyskanej energii geotermalnej, zł/kW, – odległość między miejscem pozyskania wody geotermalnej a użytkownikiem energii geotermalnej, km, – koncentracja zapotrzebowania na energię geotermalną w obszarze jej odbioru, kW/km2, – nominalna moc instalacji geotermalnej, kW, – roczny współczynnik obciążenia systemu odbioru energii geotermalnej. Znaczenie wymienionych czynników jest konsekwencją struktury nakładów kapitałowych i kosztów eksploatacji systemów wykorzystujących ciepło wód geotermalnych o niskiej entalpii. Instalacje geotermalne charakteryzują się znacznymi nakładami inwestycyjnymi, związanymi głównie z kosztami wierceń i bardzo niskimi kosztami bieżącej eksploatacji. Ponadto przeważająca część nakładów, ponoszonych na etapie budowy instalacji, jest niezależna od ilości ciepła odbieranego z eksploatowanej wody geotermalnej. W celu zapewnienia niskich jednostkowych kosztów pozyskania ciepła konieczne jest zatem możliwie pełne wykorzystanie, w skali roku, potencjalnych zasobów energii cieplnej. Zagadnienie powyższe sprowadza się do przestrzegania zasady minimalizacji temperatury wody geotermalnej, kierowanej do otworu chłonnego, oraz maksymalizacji rocznego współczynnika obciążenia, czyli innymi słowy, do utrzymywania odbioru ciepła na możliwie wysokim, stałym poziomie w ciągu roku. Oba działania prowadzą do wzrostu rocznej produkcji ciepła, a tym samym do obniżenia jednostkowych kosztów energii cieplnej. Wody geotermalne czystym ekologicznie źródłem energii Energia pozyskania z wód geotermalnych jest energią przyjazną dla środowiska. Woda gorąca wydobywana otworem eksploatacyjnym z warstwy wodonośnej po przejściu przez wymiennik ciepła jest zatłaczana w ten sam horyzont otworem chłonnym. Przykładem ograniczenia emisji zanieczyszczeń z tytułu funkcjonowania ciepłowni geotermalnej w odniesieniu do emisji z ciepłowni węglowej o analogicznej co geotermalna produkcji ciepła jest miasto Konin. Zbudowanie ciepłowni geotermalnej o nominalnej mocy 12 MW pozwoli na wyeliminowanie zanieczyszczeń gazami i pyłami, co przedstawia poniższa tabela. Emisja zanieczyszczeń Emisja Składnik ciepł. węglowej zanieczyszczeń ciepł. E1 [kg/rok] geotermalnej E2 [kg/rok] Benzo(a)piren 18,85 Sadza 848,25 Pył 530 156,36 17,01 CO2 24 740 630,05 2 303 639,10 CO 117 812,52 316,69 NOx* 47 125,01 2 252,03 SO2 188 500,04 Węglow. alifatyczne 23 562,50 105,09 Węglow. 23 562,50 45,04 aromatyczne * emisja tlenków azotu w przeliczeniu na NO2 Procentowe ograniczenie emisji 100%·(E1-E2)/E1 [%] 100,00 100,00 100,00 90,69 99,73 95,22 100,00 99,55 99,81 Decentralizacja gospodarki energią i wprowadzenie tam gdzie jest to możliwe z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia, małych i ekologicznie bezpiecznych systemów opartych o odnawialne źródła energii, w tym energii geotermalnej jest celem Unii Europejskiej i Polski. Literatura: Cataldi R., 1993 – Problemy środowiska i kosztów zagospodarowania energii geotermalnej. Tech.Poszuk.Geol. – Geosynoptyka i Geotermia nr 5-6. Cataldi R., 1994 – Outline of General Problems and Costs of Geothermal Development, with Particular Reference to Europe. Conference held at the University of Mining and Metallurgy in Cracow, 9 June 1994. Górecki W., Adamczyk A.F., Szczepański A., Szklarczyk T. 1990 - Atlas wód geotermalnych Niżu Polskiego. ISE AGH Kraków, Okr.Przeds.Geod.Kartogr. Poznań. Górecki W., Kuźniak T., Łapinkiewicz A.P., Maćkowski T., Strzetelski W., Szklarczyk T. 1995 - Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim. ZSE AGH, Towarzystwo Geosynoptyków „GEOS”, Kraków. Górecki W. i in., 2000 - Analiza geologiczna i ocena zasobów wód i energii geotermalnej w formacjach jury środkowej i górnej oraz triasu na Niżu Polskim. Projekt KBN. Arch. ZSE AGH, Kraków. Kuźniak T., 1990 - Odbiór i wykorzystania ciepła z wód geotermalnych o niskiej entalpii. W: Atlas wód geotermalnych Niżu Polskiego. Kraków. Ney R., 1985 - Perspektywy wykorzystania energii geotermalnej. Mat.Konf., Zakopane. Ney R., Sokołowski J., 1987 - Wody geotermalne Polski i możliwości ich wykorzystania. Nauka Polska nr 6. Sokołowski J., 1987 - Możliwości wykorzystania wód geotermalnych do uzupełnienia bilansu energetycznego Polski. Mat.Konf., Wołomin.
