Mówiąc najprościej: energia geotermiczna jest energią pochodzącą z wydobytych na powierzchnię ziemi wód termalnych. A skąd się biorą takie wody? Otóż dla budowy naszej planety, a zwłaszcza jej zewnętrznej warstwy (litosfery), charakterystyczny jest wzrost temperatury wraz z postępowaniem w głąb ziemi. Gorące wnętrze kuli ziemskiej jest praktycznie niewyczerpalne. To właśnie ono jest źródłem energii geotermalnej, zaliczanej do kategorii źródeł odnawialnych.

Energia wód termalnych

Temperatura wody znajdującej się na znacznych głębokościach sięga kilkudziesięciu, a nawet ponad 100°C. Zwłaszcza na obszarach zwiększonej aktywności wulkanicznej gorąca woda pojawia się już na stosunkowo niewielkich głębokościach bądź wypływa na powierzchnię ziemi i tym samym tworzy gorące źródła – gejzery, podziwiane m.in. na Islandii. Ziemia, gdy stygnie, wypromieniowuje ciepło, które na skutek procesów grzewczych (konwekcji i kondukcji) przenika ku powierzchni. W ten sposób ogrzewa skały i media wypełniające przestrzenie porowe, w tym także wodę. Podziemne wody mineralne bądź zwykłe, których temperatura mierzona na powierzchni wynosi minimum 20°C nazywane są wodami geotermalnymi.

Energia cieplna ziemi wykorzystywana jest do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Uzyskiwana jest przez odwierty do naturalnie gorących wód podziemnych. Specjalny odwiert wykonuje się do głębokości zalegania tych wód. Z otworu wiertniczego Zakopane IG-1 na Antałówce, gdzie stwierdzono występowanie kilku poziomów wód geotermalnych, po raz pierwszy uzyskano wody o temperaturze 37°C w 1963 r. Pozyskane wody termalne znalazły zastosowanie w basenach kąpielowych.

Proces wiercenia otworu przebiega etapowo. Wykonuje się najpierw odwiert odpowiedniej średnicy i głębokości, a otwór wykłada się rurami okładzinowymi. Następnie odwiert pogłębiany jest za pomocą wiertła o coraz mniejszej średnicy, a wydrążony otwór dalej jest rurowany. Blisko odwiertu, z którego czerpana jest gorąca woda, powstaje drugi otwór, który – po pozyskaniu z niej ciepła – wtłacza wodę z powrotem do złoża. Czas powstawania odwiertu zależy od różnych czynników. Otwór o głębokości ok. 2,5 tys. m powstaje przez mniej więcej 3 miesiące.

Geotermia na kilka sposobów

Obecnie pojęciem geotermii określa się kilka sposobów wykorzystywania i eksploatacji złóż energii geotermalnej, które różnią się warunkami geologicznymi, hydrologicznymi i termicznymi. Mówi się zatem o geotermii płytkiej, wykorzystywanej do ogrzewania pojedynczych budynków. Cechuje ją temperatura od kilkunastu do ok. 20°C, wykorzystywane zaś są wody gruntowe do kilkuset metrów głębokości. Energia odbierana jest za pomocą pomp ciepła, a nośnikiem ciepła jest woda z dodatkiem środka przeciwzamarzającego lub solanka.

Większą liczbę budynków, a nawet całe miasta można ogrzać z wykorzystaniem geotermii klasycznej, w której woda termalna wykorzystywana jest bezpośrednio (doprowadza się ją systemem rur) bądź pośrednio (przez oddanie ciepła chłodnej wodzie i pozostawanie w obiegu zamkniętym). Otwory dochodzą tu do głębokości powyżej 2,5 tys. m, a temperatura nośnika grzewczego może osiągać tak wysoką wartość, że ciepło odzyskiwane jest bez wspomagania pompą ciepła. Przy bardzo wysokich temperaturach, powyżej 100°C, może być stosowana w produkcji energii elektrycznej. Jeśli zaś ciepło odbierane jest przez zatłaczane pod dużym ciśnieniem płyny: wodę, solankę lub inne cyrkulujące przez gorącą strukturę skalną, mamy do czynienia z geotermią wzbudzaną.

Zagospodarować potencjał

Polska ma bogate zasoby energii geotermalnej. Wody termalne, rozumiane jako medium w tzw. geotermii klasycznej, znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Ze wszystkich odnawialnych źródeł energii to właśnie tej przypisuje się najwyższy potencjał techniczny, szacowany na poziomie ok. 30% krajowego zapotrzebowania na ciepło. Niestety, nie jest on wykorzystywany. Udział energii geotermalnej w Odnawialnych Źródłach Energii jest w Polsce najniższy spośród dziewięciu podstawowych nośników tej energii i wynosi zaledwie 0,26%. Polska leży poza strefami współczesnej aktywności tektonicznej i wulkanicznej, co sprawia, że pozyskiwanie złóż pary z dużych głębokości jest mało opłacalne ekonomicznie.

Wody, których temperatury wahają się od kilkudziesięciu do ponad 90, a nawet stu kilkudziesięciu stopni Celsjusza, znajdują główne zastosowanie w energetyce cieplnej. W naszym kraju regiony o odpowiednich warunkach geotermalnych występują na obszarach o dużym zagęszczeniu aglomeracji miejskich i wiejskich, silnie uprzemysłowionych oraz w rejonach intensywnych upraw rolniczych. Na terenach zasobnych w energię wód geotermalnych położone są m.in. miasta takie jak: Warszawa, Poznań, Szczecin, Łódź, Toruń, Płock. Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych: Bańska Niżna, Pyrzyce, Stargard Szczeciński, Mszczonów, Uniejów, Słomniki, Lasek oraz Klikuszowa. W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu. W maju br. spółka PGE Toruń podpisała długoterminową umowę z Geotermią Toruń na sprzedaż ciepła. Geotermia Toruń będzie pierwszą od dekady ciepłownią geotermalną w Polsce.

Chęci i plany korzystania w polskim ciepłownictwie z wód geotermalnych są ogromne, ale zderzenie z rzeczywistością weryfikuje te zamierzenia. Problem stanowi eksploatacja tych źródeł. Warunki wydobycia i ekonomiczna strona przedsięwzięcia często okazują się barierą nie do przejścia. Aby prawidłowo wykorzystać energię geotermalną w Polsce, konieczne jest właściwe opracowanie projektów, które gwarantowałyby konkurencyjność ekonomiczną i ekologiczną geotermii zestawieniu z innymi źródłami energii.

Jednak gra warta jest świeczki, bo maksymalizacja wykorzystania energii geotermalnej może się przyczynić do zabezpieczenia samowystarczalności energetycznej poszczególnych gmin. A to konkretna szansa na prosperity – nie tylko energetyczne – naszego kraju w XXI wieku.