Prąd z wnętrza ziemi?

Kiedy 30 lat temu nieżyjący już dzisiaj prof. Stanisław Jucha tłumaczył podczas wykładów z geologii swoim studentom na AGH zasady geotermii, brzmiało to jak fantastyczna bajka dla ambitnych chłopców, którym przestały już wystarczać zabawy kolejką elektryczną. Kilka lat później inny profesor tej uczelni – Roman Ney nie poprzestał na przetłumaczeniu rosyjskiego podręcznika geologii naftowej Bakirowa.

Miał odwagę publicznie i w majestacie władzy, którą wtedy sprawował powiedzieć, że węgiel kamienny w Polsce wydobywany jest w sposób rabunkowy. Mimo, iż jego naukową domeną był świat ropy i gazu, jako pierwszy zaczął mówić o potrzebie fluidalnego spalania węgla, inicjował gorące wtedy spory na temat jego podziemnego zgazowania czy praktycznego wykorzystania ciepła wnętrza ziemi. W takiej mniej więcej atmosferze zrodził się w Krakowie dzisiejszy Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN. Nie przeszkadza to dzisiaj temu, że kupując w delikatesach wędzonego suma afrykańskiego prawie nikt nie wie, że pochodzi on z hodowli w zakładzie doświadczalnym tej placówki, zaś ciepło sprzyjające niesamowitym przyrostom wagi tej ryby wcale nie pochodzi z afrykańskiego nieba tylko z wnętrza polskiej ziemi.

Według danych Światowego Kongresu Geotermalnego, który miał miejsce w Turcji w 2005 roku, ponad 50 proc. energii geotermalnej na świecie wykorzystywane jest do ogrzewania pomieszczeń przy użyciu pompy ciepła, 17,7 proc, zużywane jest w kąpieliskach i do balneoterapii, 15 proc. do ogrzewania pomieszczeń ciepłem wód i par wydobywanych bezpośrednio rurami wiertniczymi, niecałe 5 proc. zużywają szklarnie oraz tunele foliowe, ponad 2 proc. kultury wodne, a ponad 1 proc. pochłania topienie śniegu i odladzanie.

Ciepło czy prąd?

Energia geotermalna może z powodzeniem służyć za podstawę produkcji... energii elektrycznej. Ma to już miejsce w 24 krajach świata, gdzie sumaryczna moc tego typu instalacji sięga 10 GWe. Nie jest to wprawdzie skala masowa, ale w wielu specyficznych przypadkach dla lokalnych rynków znacząca, a w ciągu ostatniej dekady skala przyrostu mocy szacowana jest na 6,5 proc. w skali roku. Absolutnym liderem jest Tybet, gdzie 1/3 całej wytwarzanej energii elektrycznej ma pochodzenie geotermalne. Na należącej do Portugalii wyspie San Miguel co czwarta kilowatogodzina pochodzi z... wnętrza ziemi. Znaczące udziały mają: Salwador (24 proc.), Kenia (19,2 proc.), Filipiny (19,1 proc.), Islandia (16,6 proc.), Kostaryka (15 proc.), wyspa Litir należąca do Papui Nowej Gwinei (10,9 proc.), Nikaragua (9,8 proc.), francuska Gwadelupa (9 proc.), Nowa Zelandia (7,1 proc.) czy Indonezja (6,7 proc.). W Europie jednostki wytwórcze o największej mocy posiadają Włochy (790 MW), Islandia (202 MW), Rosja (79 MW), Turcja (20 MW), Portugalia (16 MW), Francja (15 MW).

Chłodne wody i suche, gorące skały

W ostatnim czasie coraz częściej w użyciu pojawiają się instalacje binarne, które pozwalają na użycie do generacji energii elektrycznej nie tylko wód podziemnych o temperaturach rzędu 150-200 stopni, ale także cieczy roboczych mających temperaturę 100 stopni C. Dwie takie instalacje wykorzystujące wody o temperaturze 97–110 stopni C pracują już w Austrii (Altheim, Bad Blumau) oraz jedna w Niemczech w Neustadt – Glewe. Mają one jednak niewielką jeszcze moc i stosunkowo niską sprawność, ale działają w skojarzeniu z dużymi systemami ciepłowniczymi. Prowadzone są również badania nad odzyskiwaniem ciepła z gorących, suchych skał Platformy Wschodnioeuropejskiej i Fundamentu Rowu Górnego Renu. Międzynarodowy projekt badawczy koncentrujący się na możliwości produkcji energii elektrycznej w oparciu o takie właśnie źródła prowadzony jest we Francji i w Niemczech. Fizycznie rzecz polega na wykorzystaniu ciepła zalegających na głębokości od 3 do 5 km skał, które nie posiadają własności zbiornikowych, w związku z czym nie zawierają wody, a więc są „suche”. A dodatkowo są anormalnie gorące nie tylko dlatego, że temperatura rośnie wraz z głębokością, ale przede wszystkim dzięki dodatkowej energii pochodzącej z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, obecnych w niektórych minerałach w nich zawartych. Masywy takie są sztucznie szczelinowane i do takich szczelin wtłaczana jest woda, albo mogą być stosowane w sposób bezpośredni otworowe wymienniki ciepła.

A w Polsce?

Polska nie ma niestety instalacji produkującej energię elektryczną w oparciu o ciepło geotermalne i chyba jej raczej mieć nie będzie. Potencjał energetyczny wnętrza ziemi w Polsce określany jest wprawdzie jako znaczny, ale temperatury wód zalegających przeważnie na głębokości od 3 do 4 tys. m wynoszą od 20 do nie więcej niż 130 stopni C. Możemy za to powiedzieć, że uruchomiony w 1993 roku zakład ciepłowniczy należący do Geotermii Podhalańskiej to pod względem docelowej mocy największy tego typu system ciepłowniczy na kontynencie europejskim mający osiągnąć moc termiczną 80 MW. Niecka Podhalańska stanowi ważny zbiornik wód termalnych w Polsce. Jego zasięg sięga od brzegu Tatr, aż po strukturę pienińskiego pasa skałkowego stanowiącego naturalną północną jego barierę. Strefą zasilającą zbiornik wód termalnych Podhala jest cały masyw Tatr. Wody opadowe wnikają systemami szczelin w głąb wyniesionego masywu Tatr i przemieszczają się ku północy pod nieprzepuszczalnym dla nich kompleksem paleoceńskich łupków i piaskowców. W miarę coraz głębszego wnikania, wody stopniowo nagrzewają się. I w Zakopanem na głębokości 1000 m, mają temperaturę ok. 26 stopni C, a na głębokości poniżej 2000 m w Białym Dunajcu i Bańskiej osiągają temperaturę powyżej 80 stopni C. Zainteresowanie źródłami geotermalnymi na Podhalu datuje się już od połowy XIX wieku. Dużym powodzeniem cieszyły się cieplice na Jaszczurówce koło Zakopanego. Po II wojnie światowej podjęto inicjatywę kompleksowego zbadania warunków występowania wód geotermalnych w rejonie Zakopanego. Otwór badawczy o głębokości 3000 m wywiercony na zboczu Antałówki, potwierdził obecność wód geotermalnych. Na tej podstawie w latach 1981-1997 wykonano na Podhalu 10 dalszych odwiertów. We wszystkich stwierdzono występowanie wód geotermalnych o temperaturze 58-95 stopni C i wydajności do 800 m sześć./h. Dużą ich zaletą - w porównaniu z wodami występującymi w innych rejonach Polski - jest niska mineralizacja (do 3 g/l) oraz możliwość – poza jedynym odwiertem znajdującym się na szczycie Furmanowej – niezwykle korzystnej ze względów ekonomicznych – samoczynnej eksploatacji. Dzięki Geotermii Podhalańskiej, w Zakopanem oraz najbliższym regionie zlikwidowano w całości kotłownie węglowe. Sieć ciepłownicza przekroczyła długość 60 km, zaś sprzedaż ciepła 250 000 GJ rocznie. W Polsce działa łącznie 6 zakładów geotermalnych o łącznej mocy ponad 170 MW. Głównie na potrzeby centralnego ogrzewania.

Zakłady geotermalne działające w Polsce