Ukryte źródło ciepła – geotermalna energia odkrywa swój potencjał

Okiem eksperta

Emilia Basta, Inżynier systemów ekoenergetycznych

Energia odgrywa kluczową rolę w współczesnym społeczeństwie. To dzięki niej jesteśmy w stanie napędzać naszą gospodarkę, dostarczać ciepło i światło do naszych gospodarstw domowych oraz przedsiębiorstw usługowych.

Należy jednak zwrócić uwagę na obecnie narastający kryzys klimatyczny i wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych. W dobie kryzysu, z pomocą mogą przyjść alternatywne źródła energii, takie jak energia geotermalna.

Energia geotermalna – zasada działania

Co to jest energia geotermalna? Jest to energia pochodząca z wnętrza Ziemi. Jest ona uwalniana w formie ciepła, a jej główne źródła tej energii to:

• Ciepło promieniowania słonecznego, które dociera do wnętrza Ziemi i nagrzewa ją. Należy zauważyć, że promieniowanie słoneczne dociera do naszej planety, nagrzewając jej powierzchnię, a gleba i skały absorbują to ciepło, przez co energia wytworzona w ten sposób przenika w głąb ziemi. W wyniku tego procesu, temperatura w głębszych warstwach ziemi stopniowo wzrasta.
• Rozpad radioaktywnych izotopów w skorupie ziemi, co generuje ciepło. W głównej mierze jest to uran, tor i potas. W trakcie rozpadu tych izotopów uwalniane jest ciepło, które stopniowo przenika w głąb ziemi, podnosząc temperaturę w jej wnętrzu.
• Ciepło pierwotne, które pozostaje wewnątrz Ziemi od czasów jej formowania. Źródło to stanowi istotny element procesu geologicznego, który miał miejsce podczas formowania się Ziemi. W czasie, gdy materiał magmowy schładzał się, tworząc powierzchnię ziemi, zachodziło przemieszczanie się ciepła z wnętrza planety na jej powierzchnię. Dlatego tego typu źródło ciepła jest nazywane ciepłem pierwotnym, ponieważ pochodzi ono bezpośrednio z czasów formowania się naszej planety.

Geotermia jest jednym z wielu sposobów wykorzystania odnawialnych źródeł energii, a jej rozwijanie może przyczynić się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych i zwiększenia zrównoważonej produkcji energii elektrycznej.

Geotermia na świecie

Geotermalna energia cieplna jest dostępna na całym świecie, ale jej potencjał różni się w zależności od regionu. Największe zasoby geotermalnej energii cieplnej znajdują się w krajach o dużej aktywności geotermalnej, takich jak Islandia, Nowa Zelandia, Włochy i USA.

W tych regionach istnieją liczne geotermalne elektrownie cieplne oraz instalacje grzewcze. Należy zwrócić uwagę na elektrownię w Islandii. Jest to elektrownia Hellisheiði. To największa elektrownia geotermalna na świecie, zlokalizowana w pobliżu Reykjaviku, stolicy Islandii.

Elektrownia wykorzystuje parę wodną i ciepłą wodę z głębin ziemi, aby generować zarówno energię elektryczną, jak i ciepło do systemu grzewczego. Na Islandii można spotkać się także  z kąpieliskami geotermalnymi. Jednym z nich jest Blue Lagoon, w których wykorzystuje się gorącą wodę płynącą naturalnie z ziemi do celów rekreacyjnych i leczniczych.

W Nowej Zelandii z kolei można mówić o jednej z najstarszych elektrowni geotermalnych na świecie, zlokalizowana na Wyspie Północnej Nowej Zelandii. Jest to Wairakei. Elektrownia ta wykorzystuje gorącą wodę i parę wodną do produkcji energii elektrycznej.

Ze źródeł geotermalnych w Nowej Zelandii korzysta się również na polu w Rotorua. Znajduje się tam wiele geotermalnych atrakcji, takich jak kolorowe baseny gorącej wody, gejzery i błotne wulkany. Energia geotermalna jest także wykorzystywana do ogrzewania budynków i produkcji ciepłej wody użytkowej.

We Włoszech z kolei istnieje elektrownia geotermalna Larderello. Jest to również jedna z najstarszych na świecie elektrowni geotermalnych, zlokalizowana w rejonie Larderello w Toskanii. Elektrownia ta wykorzystuje parę wodną do produkcji energii elektrycznej i jest znana jako symbol wykorzystywania energii geotermalnej.

W Stanach Zjednoczonych w Geysers w Kalifornii istnieje największa elektrownia geotermalna w USA, zlokalizowana w hrabstwie Sonoma. Elektrownia wykorzystuje parę wodną z licznych gejzerów do generowania energii elektrycznej.

Natomiast w Parku Narodowym Yellowstone w stanie Wyoming znajduje się wiele geotermalnych atrakcji, takich jak gejzery i gorące źródła. Te miejsca przyciągają turystów, którzy mogą podziwiać piękno geotermalnej aktywności przyrodniczej. Są to tak zwane słynne tęczowe źródła.

Energia geotermalna w Polsce

Polska również posiada pewien potencjał geotermalnej energii cieplnej, chociaż nie jest to kraj o takiej aktywności geotermalnej jak Islandia czy Włochy. Główne obszary zasobów geotermalnych w Polsce to Kotliny Sandomierska i Lubelska oraz obszar Karpat. Istnieją badania geologiczne i geofizyczne, które pomagają określić potencjał tych obszarów do wykorzystania geotermalnej energii cieplnej.

Kotliny Sandomierska i Lubelska charakteryzują się stosunkowo niskim geotermalnym potencjałem w skali kraju, ale nadal istnieją tu możliwości wydobycia ciepła z ziemi. Badania geologiczne wskazują na obecność głębokich warstw wód podziemnych, które mogą być źródłem energii cieplnej.

Jednym z przykładów zastosowania energii geotermalnej w tym regionie jest geotermalna instalacja grzewcza w Poddębicach, gdzie ciepła woda jest wykorzystywana do ogrzewania budynków i dostarczania ciepłej wody użytkowej dla mieszkańców.

W obszarach Karpat, zwłaszcza na południu Polski, istnieje większy potencjał geotermalny. Góry Karpaty są aktywnym regionem sejsmicznym, co oznacza, że w głębszych warstwach ziemi znajdują się źródła gorącej wody i pary wodnej.

W celu oceny potencjału geotermalnego Polski prowadzone są badania geologiczne i geofizyczne, prowadzone w głównej mierze przez Instytut Geologiczny w Krakowie.

Mimo że Polska nie jest liderem w dziedzinie geotermalnej energii cieplnej, to rozwijające się projekty i badania nadal pozostawiają nadzieję na efektywne wykorzystanie tej odnawialnej formy energii.

Zwiększenie inwestycji i rozwoju infrastruktury geotermalnej może przyczynić się do dalszego wzrostu potencjału geotermalnej energii cieplnej w Polsce, co przyniesie korzyści zarówno ekologiczne, jak i ekonomiczne.

Zastosowanie geotermalnej energii cieplnej

Elektrownie geotermalne to jedno z najważniejszych zastosowań geotermalnej energii cieplnej. Działają one na zasadzie wykorzystania gorącej wody lub pary wodnej z głębokości ziemi do napędzania turbin, które generują energię elektryczną.

Przykładem elektrowni geotermalnej jest miejscowość Larderello we Włoszech, która jest jedną z najstarszych na świecie. W Polsce jedną z najbardziej znanych elektrowni geotermalnych jest Geotermalna Elektrownia w Podhale, znajdująca się w Bukowinie Tatrzańskiej. Jest to pierwsza geotermalna elektrownia w Polsce, która rozpoczęła działalność na większą skalę.

Geotermia Podhalańska wykorzystuje gorącą wodę i parę wodną z głębokości ziemi do produkcji energii elektrycznej i cieplnej. Jest to obiekt o znaczeniu regionalnym, a wydobycie geotermalnej energii cieplnej w tym regionie pomaga dostarczać ciepło mieszkańcom i firmom oraz wspierać cele zrównoważonego rozwoju energetycznego.

Geotermalna energia cieplna może być wykorzystywana do ogrzewania budynków, zarówno mieszkalnych, jak i przemysłowych. Woda lub para ciepła jest przepompowywana przez rury cieplne do budynków, gdzie ogrzewa pomieszczenia.

To rozwiązanie jest wyjątkowo efektywne i ekologiczne. Przykładem może być miasto Reykjavik na Islandii, które korzysta z geotermalnej energii do ogrzewania większości swoich budynków.

Innym popularnym zastosowaniem geotermalnej energii cieplnej są kąpieliska i spa. Gorące źródła geotermalne są wykorzystywane do tworzenia basenów z ciepłą wodą, które mają właściwości lecznicze i relaksacyjne. Wiele regionów, takich jak węgierskie miasto Székesfehérvár, słynie z tego rodzaju atrakcji.

Zakłady zajmujące się energią geotermalną w Polsce

Jednym z ważnych ośrodków badawczych zajmujących się geotermalną energią cieplną w Polsce jest Instytut Geologiczny w Krakowie. Instytut prowadzi badania naukowe oraz działalność doradczą i szkoleniową w zakresie wykorzystania geotermii. Jest również zaangażowany w projekty rozwojowe związane z tym tematem.

Wspominana już, polska firma Geotermia Podhalańska jest jednym z przykładów zakładów zajmujących się produkcją energii geotermalnej. Elektrownia zlokalizowana w górach wytwarza energię elektryczną i cieplną z wykorzystaniem zasobów geotermalnych tego regionu. Jest to pierwsza geotermalna elektrownia w Polsce, która rozpoczęła działalność na większą skalę.

Kolejnym przykładem wykorzystania geotermalnej energii cieplnej w Polsce jest geotermalna instalacja grzewcza w Poddębicach. Ta instalacja dostarcza ciepło do mieszkańców miasta i jest przykładem wykorzystania geotermalnej energii do celów grzewczych na poziomie lokalnym.

Geotermalne pompy ciepła

Geotermalne pompy ciepła (GPC) to technologia wykorzystywana do efektywnego pozyskiwania ciepła lub chłodzenia z ziemi lub z wód gruntowych w celu ogrzewania lub chłodzenia budynków.

Geotermalne pompy ciepła są ekologicznie przyjazne środowisku i wydajne energetycznie, co sprawia, że są coraz bardziej popularne jako alternatywa dla tradycyjnych systemów grzewczych i klimatyzacyjnych.

Jak działają pompy geotermalne? Geotermalne pompy ciepła wykorzystują stałą temperaturę ziemi lub wód gruntowych jako źródła ciepła lub chłodzenia. Pompa pobiera energię cieplną z ziemi lub wody gruntowej i przekształca ją w ciepło, które jest następnie używane do ogrzewania budynku lub do produkcji ciepłej wody użytkowej. W okresie letnim proces ten może być odwrócony, a pompa może być używana do chłodzenia budynku.

Istnieją różne rodzaje geotermalnych pomp ciepła, w tym:

• Systemy poziome – zbudowane z układu rur układanych poziomo na różnych głębokościach pod powierzchnią ziemi.
• Systemy pionowe – wykorzystujące pionowe sondy lub studnie geotermalne, które umieszczane są głęboko w ziemi.
• Systemy poziomych płytek wymienników ciepła – wykorzystujące płytki wymienników ciepła umieszczone pod powierzchnią ziemi.
• Systemy otwartego obiegu – korzystają z wód gruntowych jako źródła ciepła lub chłodzenia.

Geotermalne pompy ciepła są jednymi z najbardziej efektywnych systemów grzewczych i klimatyzacyjnych dostępnych na rynku. Mają znacznie wyższą efektywność energetyczną niż tradycyjne piece gazowe czy olejowe. Ponadto, są ekologicznie przyjazne, ponieważ nie emitują spalin ani nie zużywają paliw kopalnych.

Pomimo wyższych kosztów początkowych instalacji geotermalnej pompy ciepła, są zazwyczaj opłacalne w dłuższej perspektywie ze względu na znacznie niższe koszty eksploatacji i niższe rachunki za energię.

Geotermalne pompy ciepła można stosować zarówno do ogrzewania domów, budynków komercyjnych, basenów, a także do produkcji ciepłej wody użytkowej. Dodatkowo geotermalne pompy ciepła są bardziej ekologiczne niż tradycyjne systemy grzewcze, ponieważ redukują emisje dwutlenku węgla i innych szkodliwych substancji do atmosfery.

Systemy geotermalne wymagają stosunkowo niewielkiej konserwacji, ale regularne przeglądy i utrzymanie są nadal niezbędne, aby zapewnić ich sprawność i wydajność. Wybór geotermalnej pompy ciepła zależy od wielu czynników, w tym lokalizacji geograficznej, rodzaju gleby, dostępności wody gruntowej i indywidualnych potrzeb cieplnych budynku.

Energia geotermalna – wady i zalety

Mimo licznych zalet, geotermalna energia cieplna napotyka na pewne wyzwania. Jednym z głównych problemów jest dostępność odpowiednich miejsc, gdzie można wydobywać gorącą wodę lub parę.

Ponadto, koszty wierceń i budowy instalacji geotermalnych mogą być wysokie, zwłaszcza na początku. Istnieją także obawy związane z możliwością wyczerpania zasobów geotermalnych w danym regionie.

Jednak wciąż prowadzone są badania i działania rozwojowe wykorzystania energii geotermalnej. Badania nad nowymi technologiami i technikami eksploatacji geotermalnych źródeł ciepła prowadzą do zwiększenia wydajności i efektywności systemów geotermalnych.

Kraje, które nie mają dostępu do źródeł geotermalnych o wysokim potencjale, eksplorują możliwość wykorzystania niższych temperatur wód gruntowych do celów grzewczych i produkcyjnych. Dodatkowo wysokoefektywne technologie umożliwiają wydobycie ciepła nawet z niższych źródeł.

Geotermalna energia cieplna może być częścią zintegrowanych systemów energetycznych, w których różne źródła energii (geotermalna, fotowoltaiczna, wiatrowa itp.) współpracują, aby dostarczać energię w sposób bardziej zrównoważony i stabilny.

Rozwija się także wykorzystanie geotermalnej energii cieplnej w przemyśle, szczególnie w procesach ogrzewania i chłodzenia. Przykładem są zakłady produkcyjne, które wykorzystują geotermalne źródła ciepła do suszenia, pasteryzacji lub przechowywania produktów spożywczych.

Badania nad głębszymi źródłami ciepła prowadzą do odkrywania nowych, bardziej wydajnych i stabilnych źródeł energii geotermalnej, które mogą być dostępne w szerszym zakresie geograficznym.

Mimo wyzwań, geotermalna energia cieplna ma obiecującą przyszłość. W miarę rozwoju technologii wydobycia i wykorzystania tej energii oraz zwiększania świadomości ekologicznej, można spodziewać się wzrostu jej popularności. Polska, ze swoim potencjałem geotermalnym, może stać się ważnym graczem na rynku wykorzystywania odnawialnej energii.

Geotermalna energia cieplna ma potencjał do zaspokojenia znaczącej części naszych potrzeb energetycznych, jednocześnie przyczyniając się do redukcji emisji gazów cieplarnianych. Jeśli kontynuowane będą badania i inwestycje w tej dziedzinie, można spodziewać się dalszego wzrostu jej znaczenia w globalnym miksie energetycznym.

Geotermalna energia cieplna jest ciekawym obszarem badań i rozwoju energetyki odnawialnej. Posiada potencjał do zaspokojenia części naszych potrzeb energetycznych, jednocześnie przyczyniając się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.

Polska ma swoje miejsce w tej historii, dzięki zasobom geotermalnym w niektórych regionach kraju. Działania na rzecz wykorzystania geotermalnej energii cieplnej wymagają inwestycji, badań i zaangażowania zarówno ze strony rządu, jak i sektora prywatnego. Perspektywa korzystania z tej odnawialnej formy energii wydaje się obiecująca dla przyszłości naszej planety.

---

Emilia Basta

Inżynier systemów ekoenergetycznych i magister technologii produkcji oraz eksploatacji systemów technicznych. Aktywnie uczestniczy w Międzynarodowych Konferencjach Naukowych oraz publikuje artykuły naukowe, związane z tematyką inżynierii środowiska i energetyki.