Polska energetyka (2) - energia geotermalna

Dzisiaj zajmę się energetyką geotermalną i jej perspektywach w Polsce.

Co jakiś czas słyszę, lub czytam, że geotermy są rozwiązaniem trapiących nas problemów energetycznych. Że wystarczy zainwestować w wykorzystanie energii geotermalnej i będziemy mieli tani prąd oraz ogrzewanie.

W związku z tym postanowiłem dokładnie się przyjrzeć możliwościom jakie daje energia geotermalna.

Na początek kilka podstawowych faktów.

Przede wszystkim energia geotermalna to energia pochodząca z rozpadu zawartych w skałach naturalnych izotopów promieniotwórczych - Uranu 235, Uranu 238, Toru 232 i Potasu 40. Jest to około 80% energii cieplnej pochodzącej z wnętrza Ziemi. Dodatkowe 20% pochodzi z energii rezydualnej, która pojawiła się na Ziemi w wyniku procesu jej powstawania z gorącej materii międzygwiezdnej.
Jak widać korzystanie z energii tzw. geotermalnej jest w rzeczywistości korzystaniem z olbrzymiego reaktora jądrowego. Naturalnego reaktora, jednak promieniowanie jakie powstaje w wyniku rozpadów podanych wyżej izotopów jest identyczne, jak w reaktorach zbudowanych przez człowieka.


Istnieje różnica pomiędzy:

• dostępnymi zasobami energii geotermalnej(ilość energii zmagazynowana w skorupie ziemskiej do głębokości 3000 metrów) - w Polsce 7,75*10²² [J/rok] 

• zasobami eksploatacyjnymi wód i energii geotermalnej (ilość wolnej wody geotermalnej możliwa do uzyskania w danych warunkach geologicznych i środowiskowych, za pomocą ujęć o optymalnych parametrach techniczno-ekonomicznych) 1,38*10¹⁷ - 2,30*10¹⁷ [J/rok]      

Z punktu widzenia wykorzystania energii geotermalnej interesuje nas  ta druga liczba, która (jak widać) jest o ponad 5 rzędów wielkości (100'000) mniejsza od tej pierwszej. Dla porównania na Węgrzech wartość dostępnych zasobów energii geotermalnej do głębokości 3000 m wynosi 3,0*10²³  [J/rok], czyli prawie czterokrotnie więcej na znacznie mniejszym terytorium.

- aby było ekonomiczne wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji energii elektrycznej temperatura nośnika ciepła musi być wyższa niż 150°C. W Polsce występują wody geotermalne o temperaturach rzadko przekraczających 100°C

- w wodach mających ponad 100°C zakumulowanych jest 1,32*10²¹ [J/rok] (jest to energia zakumulowana, niekoniecznie eksploatacyjna), wody te zajmują powierzchnię 37 913,54 km² 

- koszt wiercenia jednego otworu na potrzeby geotermalne w Polsce szacowany jest na od 4 do 10 mln złotych. W zależności od wielu czynników, ale przede wszystkim głębokości. Trzeba być świadomym, że czasami konieczne jest wykonanie kilku takich otworów w zależności od technologii wydobywania i zatłaczania (ilość otworów roboczych), ale przede wszystkim nie zawsze znajdzie się odpowiednie miejsce za pierwszym razem.

- wydobywanie wód geotermalnych często wymaga (lub jest to nawet niezbędne) pomp. Z tego wynika, że potrzebne jest źródło prądu zasilające pompy niezależne od energii geotermalnej.

- czasami przy pozyskiwaniu energii geotermalnej korzysta się ze szczelinowania hydraulicznego, tego samego, które jest demonizowane przy okazji gazu łupkowego


Dlaczego warto zainwestować w energię geotermalną:
- pomaga zdywersyfikować i zdecentralizować dostawy energii
- stabilna dostawy i ceny energii 
- obniżenie ogólnych kosztów ciepłowniczych
 - możliwość rozwoju wielu dodatkowych projektów - od leczniczych (balneologia) - po hodowlane (ryby, rośliny szklarniowe)

Ograniczenia wykorzystania energetyki geotermalnej:
- energia geotermalna może być wykorzystana jedynie w miejscu wydobycia, transport na znaczne odległości jest nieekonomiczny i mija się z celem. Budowanie ciepłowni geotermalnych jest sensowne jedynie w pobliżu miast i zakładów, które będą w stanie spożytkować energię od razu.
- badania i budowa inwestycji jest kapitałochłonna, inwestor musi dysponować więc znaczą wolną gotówką na początku, jak również pewnością, że sprzeda wydobytą energię
 - przy spadku temperatury zewnętrznej poniżej -5°C sama energia geotermalna nie wystarczy i niezbędne będzie dogrzewanie przy pomocy konwencjonalnych metod. Więc niezbędna jest infrastruktura konwencjonalna obok geotermalnej. Dobrym przykładem jest instalacja geotermalna Pyrzyce, która do wyprodukowania 50 tys [GJ/rok] musiała zużyć 2,3 mln m² gazu ziemnego. Przez co zakończyła rok na tzw. minusie
- ciepłownie geotermalne nie są konkurencyjne (czyt. są droższe) od elektrociepłowni (zasilanych konwencjonalnymi nośnikami energii - węgiel). Nieprawdą jest więc, że energia geotermalna jest tańsza od energii ze źródeł tzw. nieodnawialnych
- energetyka geotermalna wymaga stałych odbiorców określonych ilości ciepła, wszelkie wahania (zarówno na plus, jak i minus) wpływają niekorzystnie na ekonomiczny aspekt inwestycji. Szacuje się, że aby inwestycja była ekonomiczna musi pracować co najmniej 4000 godzin (niecałe pół roku) rocznie z pełną mocą. I energia pozyskana musi zostać w całości sprzedana.


Pompy cieplne wykorzystujące ciepło gruntu i płytkich wód podziemnych o temperaturach poniżej 25° również zalicza się do energetyki geotermalnej.
Właśnie pompy cieplne mogą stać się przyszłością wykorzystania energii geotermalnej w Polsce. Jednak nie staną się one jedynym źródłem ciepła, a jedynie pozwolą (czasami znacznie) obniżyć koszta ogrzewania.

Koszt instalacji dla jednego domu jest spory (dla 200 m² jest to około 40 tys. złotych), jednak w przypadku inwestycji grupowej (kilka-kilkanaście domów, osiedle) koszt wymienników i utrzymania zostanie rozłożony, co znacznie obniży koszt jednostkowy. A koszty eksploatacyjne nie są już duże.
 Wykorzystanie energii gruntu wymaga zainwestowania energii elektrycznej, jednak w zamian za 1 kWh energii elektrycznej otrzymujemy 4 kWh energii cieplnej.
Zasięg głębokościowy rocznych zmian temperatury w Polce wynosi od 8 do 12 metrów (czyli temperatury na powierzchni wypływają na temperaturę gruntu nawet do poziomu 12 metrów) i należy to uwzględnić przy projektowaniu pomp ciepła. Jednak poniżej 5 metrów w głąb nie notuje się już ujemnych temperatur w Polsce.

Oczywiście jest to jedynie zarys problemu. Tekst powstał przede wszystkim na podstawie:
1. Atlas zasobów geotermalnych formacji paleozoicznej na Niżu Polskim
2. Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim

Polska energetyka (1)

W dzisiejszych czasach jesteśmy uzależnieni od prądu. Żyjemy w cywilizacji, która nie ma szans na przetrwanie bez dostępu do źródła energii elektrycznej.
To jest oczywiste, ale jednocześnie mało kto zastanawia się nad tym jak bardzo zmieni się świat bez ogólnodostępnej energii elektrycznej i jak łatwo taka sytuacja może nastąpić.

Co roku pojawiają się miejscowe problemy z dostawami prądu. Wynikają one głównie z przyczyn naturalnych - mróz i śnieg, czy powódź. Od czasu do czasu wydarzy się większe wyłączenie jak w Szczecinie w 2008 roku.

W przyszłości jednak czekają nas problemy wynikające ze złego stanu technicznego elektrowni i sieci przesyłowych, za niskiej mocy przyłączeniowej działających elektrowni, a nawet za słabej gęstości linii wysokiego napięcia.

Zobaczmy jak wygląda w Polsce mapa linii najwyższego napięcia.

Duż

Mapa schematyczna:

I dla porównania mapa czeskiej sieci.

W czym problem?
Na chwilę obecną problemy są dwa.
Pierwszy - zbyt rzadka sieci wysokich i najwyższych napięć.
Większość powierzchni Polski ma tylko jedno linię z której czerpie prąd. Budowa naszej sieci przypomina gwiazdę. W razie awarii zostaje odcięty olbrzymi obszar do którego nie ma możliwości doprowadzenia energii lub doprowadzenie wiąże się ze znacznym obciążeniem sieci niższego napięcia. Co z kolei może prowadzić do kolejnych awarii.
Patrząc na mapkę sieci czeskiej widać, że tam nie ma tego problemu.

Drugim problemem jest rozmieszczenie elektrowni. Większość elektrowni znajduje się na jednym obszarze - Górnym Śląsku. Wynika to obecności w pobliżu głównego surowca energetycznego w Polsce - węgla.

Na terenie sześciu województw nie ma ani jednej elektrowni!
Około 94% energii w Polsce powstaje w elektrowniach i elektrociepłowniach opalanych węglem (kamiennym i brunatnym). Elektrownie wodne i wiatrowe nie mają żadnego znaczenia dla bezpieczeństwa energetycznego.
Duży problem ma zwłaszcza północ Polski. Tam właśnie planuje się budowę elektrowni jądrowej o mocy co najmniej 3 GW. Obecnie w Polsce wytwarza się około 35 GW.