Jakie czynniki wpływają na koszty budowy elektrowni geotermalnej?

Koszty budowy elektrowni geotermalnej zależą od wielu wzajemnie powiązanych czynników, wśród których najważniejsze to wykonanie odwiertów geotermalnych, parametry wody geotermalnej oraz wybór odpowiedniej technologii. Elektrownia geotermalna to instalacja wykorzystująca ciepło z wnętrza Ziemi, pozyskiwane za pomocą odwiertów do produkcji energii elektrycznej lub ciepła [1][2]. Głównym czynnikiem kosztotwórczym są poszukiwania i wykonanie odwiertów geotermalnych, które mogą kosztować nawet kilkadziesiąt milionów złotych dla elektrowni dużej skali [1].

Odwierty geotermalne jako główny składnik kosztów

Wykonanie odwiertów geotermalnych stanowi najważniejszą pozycję w budżecie elektrowni geotermalnej. Koszt odwiertu dla elektrowni geotermalnej sięga kilkudziesięciu milionów złotych [1], co wynika z konieczności wykonania odwiertów na znaczną głębokość oraz ich wysokiej złożoności technicznej.

Dla porównania, cena za metr odwiertu na potrzeby domowe wynosi około 150 złotych [1], co pokazuje skalę różnic między małymi instalacjami a dużymi elektrowniami. Koszty odwiertów rosną wraz z głębokością i złożonością terenu, a także wymagają przeprowadzenia kosztownych badań geologiczno-hydrogeologicznych przed rozpoczęciem właściwych prac.

Dodatkowym wyzwaniem finansowym jest konieczność wykonania kilku odwiertów w celu potwierdzenia warunków geotermalnych [1]. Nie zawsze pierwszy odwiert przynosi oczekiwane rezultaty, co może znacząco zwiększyć całkowity koszt inwestycji. Ryzyko związane z niepowodzeniem odwiertów stanowi istotną barierę dla potencjalnych inwestorów.

Parametry wody geotermalnej i ich wpływ na koszty

Temperatura i przepływ wody geotermalnej mają kluczowe znaczenie dla efektywności i wyboru technologii elektrowni [3]. Wydajność otworów produkcyjnych i parametry geologiczne decydują o mocy elektrowni geotermalnej i efektywności produkcji [4]. Wyższa temperatura i wydajność otworu produkcyjnego zwiększają efektywność i zmniejszają jednostkowe koszty energii [4].

W zależności od temperatury wody stosuje się różne typy elektrowni geotermalnych:

System bezpośredni wykorzystywany jest przy temperaturach 180-300°C i wyżej, system z rozprężaniem jednokrotnym przy 200-260°C, system z rozprężaniem dwukrotnym przy 240-320°C, natomiast system z czynnikiem pośrednim stosuje się dla niższych temperatur w zakresie 125-165°C [3]. Każdy z tych systemów wymaga różnego wyposażenia technicznego, co bezpośrednio wpływa na koszty inwestycji.

Niższa temperatura wody geotermalnej oznacza konieczność zastosowania bardziej zaawansowanych technologii, takich jak systemy z czynnikiem pośrednim lub technologia Organic Rankine Cycle (ORC), które pozwalają na efektywne pozyskiwanie energii elektrycznej z wód o niższej temperaturze [4]. Te rozwiązania, choć umożliwiają wykorzystanie zasobów o gorszych parametrach, wiążą się z wyższymi kosztami inwestycyjnymi.

Wybór technologii i czynników roboczych

Sprawność i dobór czynnika roboczego wpływają na koszty i efektywność produkcji energii [2]. Odpowiedni dobór technologii pozwala uzyskać najtańszą na świecie energię z geotermii [2], co podkreśla znaczenie właściwego planowania technicznego już na etapie projektowania elektrowni.

Dobór technologii zależy od parametrów geotermalnych i wpływa na ostateczny koszt oraz opłacalność inwestycji [3][4]. Nowoczesne rozwiązania technologiczne, w tym systemy ORC, umożliwiają wykorzystanie zasobów geotermalnych o niższych temperaturach, co rozszerza możliwości lokalizacyjne elektrowni, ale jednocześnie może zwiększać koszty początkowe.

Proces zamiany ciepła w energię mechaniczną, a następnie elektryczną, wymaga zastosowania odpowiednich turbin parowych lub systemów ORC. Wybór konkretnego rozwiązania musi uwzględniać nie tylko parametry źródła geotermalnego, ale także przewidywane obciążenie eksploatacyjne i koszty utrzymania w długim okresie.

Infrastruktura i komponenty techniczne

Budowa elektrowni geotermalnej wymaga stworzenia kompleksowej infrastruktury technicznej. System odwiertów stanowi tylko jeden z elementów całej instalacji – niezbędne są również turbiny, wymienniki ciepła, pompy, układy rozprężania oraz systemy przesyłu i dystrybucji energii.

Komponenty elektrowni obejmują złoże geotermalne ze skalami i wodą o określonych parametrach, system odwiertów, turbiny parowe lub ORC, pompy ciepła oraz sprzęt do przesyłu energii. Każdy z tych elementów generuje osobne koszty, które należy uwzględnić w całkowitym budżecie inwestycji.

Proces technologiczny elektrowni geotermalnej składa się z wykonania odwiertów do ujęcia gorącej wody lub pary, przepływu mediów geotermalnych przez wymienniki lub turbiny, zamiany ciepła w energię mechaniczną i następnie elektryczną oraz odprowadzenia schłodzonych mediów z możliwością ich ponownego wprowadzenia do ziemi. Ta złożoność procesowa przekłada się na wysokie wymagania techniczne i odpowiednio wysokie koszty.

Bariery finansowe i czas zwrotu inwestycji

Czas zwrotu inwestycji w elektrownie geotermalne jest długi, zwykle wynosi kilka do kilkunastu lat, co stanowi barierę finansową dla inwestorów prywatnych [1]. Ta charakterystyka sprawia, że projekty geotermalnej energetyki wymagają stabilnego finansowania długoterminowego i często wsparcia publicznego.

Szybciej zwracają się tańsze, poziome instalacje geotermalne [1], jednak ich zastosowanie jest ograniczone do mniejszych projektów. Inwestycje gminne w ciepłownictwo geotermalne pozwalają na tańsze zaopatrywanie mieszkańców w ciepło niż tradycyjne elektrownie węglowe [1], co może uzasadniać publiczne zaangażowanie w tego typu przedsięwzięcia.

Wysokie koszty początkowe w połączeniu z długim okresem zwrotu sprawiają, że elektrownie geotermalne wymagają szczegółowej analizy ekonomicznej i często preferencyjnych warunków finansowania. Sprawność i koszty produkcji energii geotermalnej są najniższe wśród odnawialnych źródeł energii według danych Eurostatu z 2005 roku [2], co wskazuje na długoterminowy potencjał opłacalności tych inwestycji.

Specyfika rynku polskiego

W Polsce elektrownie geotermalne nie są jeszcze rozpowszechnione [3], co oznacza brak doświadczenia rynkowego i ograniczone możliwości obniżenia kosztów przez efekt skali. Woda geotermalna jest wykorzystywana głównie do ogrzewania, a brakuje elektrowni produkujących prąd z energii geotermalnej [3].

Stan ten wpływa na koszty budowy elektrowni geotermalnych w Polsce, ponieważ brak lokalnego doświadczenia może oznaczać konieczność korzystania z zagranicznych technologii i ekspertów, co zwiększa koszty inwestycji. Dodatkowo, ograniczona infrastruktura geotermalna oznacza wyższe koszty prac przygotowawczych i badań.

Trend rozwoju w Polsce obejmuje wykorzystanie technologii Organic Rankine Cycle (ORC) i innych rozwiązań pozwalających na efektywne pozyskiwanie energii elektrycznej z wód o niższej temperaturze [4]. Te technologie mogą otworzyć nowe możliwości dla polskiego rynku geotermalnego, ale wymagają znaczących inwestycji w badania i rozwój.

Źródła:

1. https://www.blog.eurobudowa.pl/2013-09-01-instalacje-geotermalne-koszty-warunki-srodowiskowe-dofinansowanie-czy-to-sie-oplaca.html
2. https://www.cire.pl/pliki/2/egeotermalne.pdf
3. https://zbc.ksiaznica.szczecin.pl/Content/34734/PDF/000219549.pdf
4. https://www.wggios.agh.edu.pl/home/wggios/Postepowania-awansowe/doktoraty/2017/10-Obrona_doktorska_mgr_inz._Michala_Kaczmarczyka/Kaczmarczyk-DOKTORAT_28.09.2016_MK_STRESZCZENIE.pdf