Energetyczne wykorzystanie energii geotermalnej wady i zalety – co warto wiedzieć?

Energia geotermalna stanowi jedno z najbardziej obiecujących odnawialnych źródeł energii dostępnych na naszej planecie. Wykorzystanie energii geotermalnej niesie ze sobą zarówno znaczące korzyści, jak i określone ograniczenia, które należy rozważyć przed podjęciem decyzji o inwestycji w tego typu rozwiązania energetyczne.

Czym jest energia geotermalna i jak funkcjonuje

Energia geotermalna to ciepło zgromadzone w skałach, wodzie i gruncie pod powierzchnią Ziemi, pochodzące zarówno z rozpadu izotopów promieniotwórczych, jak i ciepła pierwotnego planety [4]. To naturalne źródło energii wykorzystuje stałą temperaturę panującą w głębszych warstwach ziemi, która pozostaje względnie stabilna niezależnie od warunków atmosferycznych panujących na powierzchni.

Procesy pozyskiwania energii obejmują wiercenie studni do warstw o wysokiej temperaturze, pompowanie gorącej wody lub pary do powierzchni, a następnie wykorzystanie jej do ogrzewania lub do napędu turbin generujących prąd [2][3]. Najczęściej energia geotermalna jest wykorzystywana na trzy sposoby: bezpośrednio do ogrzewania budynków, do produkcji energii elektrycznej oraz ogrzewania i chłodzenia za pomocą systemów naziemnych [1].

Wyróżnia się geotermię płytką, która wykorzystuje ciepło z górnych warstw ziemi przy pomocy pomp ciepła, oraz głęboką, która polega na wydobywaniu gorącej wody lub pary z głębokich warstw do produkcji energii [2]. Dodatkowo istnieją systemy geotermalne hydrotermalne, wykorzystujące naturalne gorące zbiorniki wodne, oraz petrotermalne, zwane Enhanced Geothermal Systems (EGS), które wykorzystują suchą gorącą skałę poddawaną obróbce hydraulicznej [2].

Główne zalety energii geotermalnej

Energetyczne wykorzystanie energii geotermalnej przynosi szereg znaczących korzyści, które czynią ją atrakcyjną alternatywą dla konwencjonalnych źródeł energii. Jedną z najważniejszych zalet są niskie koszty eksploatacji i emisja minimalnych zanieczyszczeń [4]. Pod względem środowiskowym energia geotermalna charakteryzuje się minimalnymi emisjami CO2 i zanieczyszczeń w porównaniu do paliw kopalnych [4].

Systemy geotermalne charakteryzują się wysoką niezawodnością działania, ponieważ nie są zależne od warunków pogodowych czy pór roku. W przeciwieństwie do energii słonecznej czy wiatrowej, energia geotermalna zapewnia stały dostęp do zasobów energetycznych przez całą dobę i przez cały rok. Ta stabilność sprawia, że może stanowić podstawowe źródło energii dla różnych zastosowań.

Energia geotermalna umożliwia ekologiczne i ekonomiczne zasilanie w ciepło i energię elektryczną, zwłaszcza w rejonach z dostępem do gorącej wody podziemnej lub korzystnych warstw gruntowych [3]. W systemach bezpośrednich wykorzystania geotermii koszty inwestycyjne są zazwyczaj niższe w porównaniu do głębokich odwiertów [1], co czyni tę technologię bardziej dostępną dla mniejszych przedsięwzięć.

Wszechstronność zastosowań stanowi kolejną istotną zaletę. Energia geotermalna sprawdza się do ogrzewania szklarni, basenów, budynków mieszkalnych, topnienia śniegu na chodnikach i w produkcji energii elektrycznej [1]. Ta różnorodność zastosowań pozwala na elastyczne dostosowanie systemów do konkretnych potrzeb użytkowników.

Ograniczenia i wady systemów geotermalnych

Pomimo licznych korzyści, wykorzystanie energii geotermalnej wiąże się z pewnymi ograniczeniami i wadami, które mogą wpływać na opłacalność i wykonalność projektów. Głównym ograniczeniem jest ograniczona lokalizacja złóż, potencjalne ryzyko wychłodzenia zasobów i wysokie wstępne koszty inwestycyjne [4].

Energia geotermalna jest uważana za odnawialne źródło energii, choć jej odnawianie jest wolne, co przy dużej eksploatacji może prowadzić do wychłodzenia skał lub spadku ciśnienia w zbiornikach [4]. To zjawisko może znacząco wpływać na długoterminową efektywność systemów geotermalnych, zwłaszcza w przypadku intensywnego wykorzystania zasobów.

Zależność pomiędzy głębokością odwiertu, temperaturą wód i efektywnością pozyskiwania energii ma kluczowe znaczenie dla doboru technologii i rentowności przedsięwzięcia [3][4]. Im większa głębokość wiercenia, tym wyższe koszty początkowe, co może stanowić barierę dla potencjalnych inwestorów.

Geologiczne ograniczenia terenu stanowią kolejny istotny czynnik. Nie wszystkie regiony posiadają odpowiednie warunki geologiczne do efektywnego wykorzystania energii geotermalnej. Wymaga to przeprowadzenia kosztownych badań geologicznych przed rozpoczęciem jakiejkolwiek inwestycji, co dodatkowo zwiększa koszty początkowe projektów.

Technologie i systemy geotermalne

Kluczowe elementy systemu geotermalnego obejmują studnie geotermalne w postaci odwiertów, pompy ciepła w geotermii płytkiej, wymienniki ciepła oraz turbiny w elektrowniach geotermalnych [1][2]. Dobór odpowiedniej technologii zależy od lokalnych warunków geologicznych, dostępnych zasobów oraz planowanych zastosowań.

W systemach bezpośrednich gorąca woda może być wykorzystywana bezpośrednio do ogrzewania lub przez wymiennik ciepła. W systemach głębokich energia cieplna jest przekazywana do medium roboczego, które zasila elektrownię [1][4]. Ta różnorodność rozwiązań technologicznych pozwala na optymalizację systemu pod kątem konkretnych wymagań i warunków lokalnych.

Szczególnie interesująca jest technologia Enhanced Geothermal Systems (EGS), w której wtłacza się wodę do suchych, gorących skał, która po nagrzaniu jest odbierane do produkcji energii. Technologia ta zwiększa potencjał wykorzystania energii geotermalnej w obszarach bez naturalnych zbiorników wód gorących [2], co znacząco rozszerza możliwości geograficzne wykorzystania tej formy energii.

Rozwój technologii geotermalnych koncentruje się na zwiększeniu efektywności systemów oraz obniżeniu kosztów inwestycyjnych. Nowoczesne rozwiązania pozwalają na lepsze wykorzystanie dostępnych zasobów geotermalnych oraz minimalizację wpływu na środowisko naturalne.

Potencjał geotermalny w Polsce

Warunki geologiczne Polski stwarzają określone możliwości wykorzystania energii geotermalnej, choć są one ograniczone głównie do zastosowań niskotemperaturowych. W Polsce istnieją złoża niskotemperaturowe o temperaturach 20–100°C w wodach z głębokości 700–3000 metrów [3], które wykorzystuje się głównie do ogrzewania i innych celów bez produkcji energii elektrycznej.

W Polsce temperatury wód geotermalnych na głębokości 700–3000 metrów osiągają od 20 do 100°C [3], co czyni je odpowiednimi przede wszystkim do zastosowań ciepłowniczych. Wydajność energetyczna i potencjał obszarów takich jak niecka podhalańska czy okręg grudziądzko-warszawski są uznawane za korzystne do zastosowań ciepłowniczych [3].

Te warunki geologiczne oznaczają, że w Polsce energia geotermalna znajdzie zastosowanie głównie w sektorze ciepłowniczym, a nie w produkcji energii elektrycznej na dużą skalę. Niemniej jednak, potencjał ciepłowniczy może być znaczący dla lokalnych systemów grzewczych, szczególnie w regionach o korzystnych warunkach geologicznych.

Rozwój geotermii w Polsce wymaga dalszych inwestycji w badania geologiczne oraz rozwój technologii dostosowanych do lokalnych warunków. Kluczowe będzie również stworzenie odpowiednich mechanizmów wsparcia dla inwestycji w tego typu projekty energetyczne.

Aspekty ekonomiczne i środowiskowe

Analiza ekonomiczna wykorzystania energii geotermalnej wymaga uwzględnienia zarówno wysokich kosztów inwestycyjnych, jak i niskich kosztów eksploatacyjnych. Systemy bezpośredniego wykorzystania geotermii mają niższe koszty inwestycyjne w porównaniu do głębokich odwiertów [1], co czyni je bardziej dostępnymi dla szerszego grona inwestorów.

Długoterminowa rentowność projektów geotermalnych jest zazwyczaj korzystna dzięki niskim kosztom operacyjnym oraz stabilności dostaw energii. Brak konieczności zakupu paliw oraz minimalne wymagania konserwacyjne przyczyniają się do atrakcyjności ekonomicznej tego typu rozwiązań.

Z perspektywy środowiskowej energia geotermalna charakteryzuje się bardzo korzystnym profilem emisyjnym. Minimalne emisje CO2 i innych zanieczyszczeń w porównaniu do paliw kopalnych [4] czynią ją istotnym elementem strategii dekarbonizacji sektora energetycznego.

Wpływ na środowisko lokalne jest również stosunkowo ograniczony, szczególnie w przypadku systemów płytkich. Głębokie systemy geotermalne wymagają jednak ostrożnego zarządzania zasobami, aby uniknąć nadmiernej eksploatacji prowadzącej do wychłodzenia złóż.

Przyszłość rozwoju geotermii

Perspektywy rozwoju energii geotermalnej są obiecujące, szczególnie w kontekście rosnącego zapotrzebowania na czyste źródła energii oraz postępu technologicznego. Rozwój technologii Enhanced Geothermal Systems otwiera nowe możliwości wykorzystania zasobów geotermalnych w regionach wcześniej uważanych za nieodpowiednie.

Integracja systemów geotermalnych z innymi odnawialnymi źródłami energii może znacznie zwiększyć ich efektywność i uniwersalność zastosowań. Hybrydowe systemy energetyczne wykorzystujące geotermię jako stabilne źródło podstawowe mogą zapewniać bardziej niezawodne dostawy energii.

Postęp w technologiach wiertniczych oraz materiałach konstrukcyjnych przyczynia się do obniżania kosztów inwestycyjnych i zwiększania trwałości systemów geotermalnych. Te innowacje technologiczne mogą w przyszłości uczynić geotermię bardziej konkurencyjną względem innych źródeł energii.

Rozwój rynku energii geotermalnej będzie również uzależniony od polityki energetycznej państw oraz mechanizmów wsparcia dla odnawialnych źródeł energii. Odpowiednie regulacje prawne i systemy zachęt mogą znacząco przyspieszyć adopcję technologii geotermalnych.

Wykorzystanie energii geotermalnej stanowi ważny element przyszłej struktury energetycznej, szczególnie w kontekście celów klimatycznych i dążenia do neutralności węglowej. Choć technologia ta posiada pewne ograniczenia związane z lokalizacją złóż i wysokimi kosztami początkowymi, jej zalety w postaci stabilności dostaw, niskich emisji i długoterminowej rentowności czynią ją atrakcyjną opcją dla zrównoważonego rozwoju energetycznego.

Źródła:

[1] https://www.microsoft.com/pl-pl/sustainability/learning-center/what-is-geothermal-energy
[2] https://zielonestrefy.pl/artykul/energia-geotermalna/
[3] https://mae.com.pl/oferta-mae/baza-wiedzy/odnawialne-zrodla-energii/energia-geotermalna
[4] https://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_geotermalna