Zasoby energii geotermalnej na Ziemi i w Polsce
Energia geotermalna z geotermii tzw. głębokiej, to energia pochodząca z wnętrza Ziemi, zgromadzona w skałach i wodach podziemnych. Ciepło wnętrza Ziemi pochodzi z dwóch źródeł:
– ciepło pierwotne, powstałe w trakcie formowania się Ziemi,
– ciepło pochodzące w procesów zachodzących we wnętrzu Ziemi: rozpadu pierwiastków promieniotwórczych (uran, tor, potas)
Ziemia ma budowę warstwową: składa się m.in. ze skorupy, płaszcza Ziemi i jądra (zewnętrznego i wewnętrznego). Temperatura wewnątrz Ziemi zwiększa się o około 25°C na każdy kilometr głębokości, co oznacza, że w jądrze Ziemi temperatura osiąga ok. 6.000°C.
Rys. Budowa geologiczna Ziemi.
Stopień geotermalny – jest to głębokość (mierzona w metrach), na której temperatura wzrasta o 1°C w stosunku do punktu początkowego, temperatura zmienia się w zależności od budowy geologicznej obszaru, rozwoju geotektonicznego, procesów chemicznych zachodzących w głębi Ziemi, bliskości zjawisk wulkanicznych oraz obecności wód wgłębnych. Średni stopień geotermalny w Polsce wynosi około 33 m/1°C. Na każdy 1000m temperatura wzrasta więc o około 30°C.
Pod skorupą ziemską znajduje się warstwa magmy (stopiona masa skał) o temp. 1.400°C, która ogrzewa zarówno skały, jak i wodę podziemną. Szacuje się, że potencjał ciepła zmagazynowanego we wnętrzu Ziemi możliwy do wykorzystania jest ogromny rzędu 3×106 EJ, co w przeliczeniu na bardziej znaną jednostkę daje niewyobrażalną liczbę 8,3×1012 GWh, czyli 30.000.000 razy przewyższa roczne zapotrzebowanie na energię Polski i jest 57.000 razy większa niż globalne zapotrzebowanie energii w ciągu roku. Tylko do głębokości 10 km energia geotermalna przekracza 50.000-krotnie ilość ciepła zgromadzoną we wszystkich złożach gazu ziemnego i ropy naftowej na świecie.
Zasoby geotermalne dzielimy na hydrotermiczne i petrotermiczne. Zasoby geotermiczne to woda, para lub mieszanina paro-wodna występująca w szczelinach skalnych, żyłach wodnych lub warstwach wodonośnych. Dzisiejsza technologia umożliwia ich eksploatację. Zasoby petrotermiczne zmagazynowane są w warstwach skalnych i ich eksploatacja na dzień dzisiejszy nie jest jeszcze możliwa.
Zasoby geotermalne, zależnie od temperatury, mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej lub do celów ciepłowniczych, klimatyzacyjnych, wytwarzania ciepłej wody użytkowej itp. Zagrożeniem jest emisja szkodliwych gazów uwalnianych z geopłynu – siarkowodoru (który musi być pochłonięty, co podraża koszty instalacji wykorzystującej geotermię) i radonu (produkt rozpadu uranu, wraz z parą wydobywa się ze studni geotermalnych).
Geotermia wykorzystywana jest w co najmniej 64 krajach świata, łączna moc wszystkich elektrowni geotermalnych wynosiła na koniec 2012 r. 11,4 GW. Największe znaczenie w zaspokojeniu energetycznych potrzeb ma na Islandii i na Filipinach, chociaż krajem o największej zainstalowanej mocy tego typu energii są Stany Zjednoczone. Całkowita sprzedaż ciepła wyniosła w 2010 r. ok. 370 TJ . Potencjał techniczny złóż geotermalnych w Polsce wynosi 4.200 PJ rocznie, czyli jest przeszło 10.000 razy większy.
Potencjał w Europie i Polsce
Na terenie Europy liczącej 10 mln km2 znajduje się około 30 prowincji geotermalno-ropo-gazonośnych, na obszarze przeszło 5 mln km2. Z tego 32 proc. obszaru Europy zajmuje Prowincja Centralnoeuropejska (1,6 mln km2), która zawiera następujące baseny geotermalne: staropaleozoiczny, dewońsko-karboński, permski, triasowy, jurajski, kredowy i kenozoiczny (najzasobniejsze w Europie). Występujące tam wody mają różną temperaturę i mineralizację. W Polsce temperatury te kształtują się w granicach 20-180 st. C.
– basen kambryjski
Wody geotermalne w tym zbiorniku występują na obszarach południowej Szwecji, Estonii, Łotwy, Litwy, północno-wschodniej Polski i części Białorusi. Wypełniają one przestrzeń porową piaskowców i mają temperatury na głębokości do 3 tys. m od 30 st. C do 120 st. C. Największe możliwości wykorzystania tych wód na obszarze Polski mają województwa: mazowieckie, warmińsko-mazurskie, kujawsko-pomorskie, zachodnio-pomorskie, pomorskie; poza granicami Polski: okręg kaliningradzki należący do Rosji oraz obszary Litwy, Łotwy i Estonii.
– basen dewońsko-karboński
Wody geotermalne z tego basenu można wykorzystywać na terenach Lubelszczyzny, Pomorza, województw: małopolskiego, śląskiego, częściowo podkarpackiego i świętokrzyskiego. Zbiorniki tych wód o temperaturach 50-90 st. C występują na głębokościach od 2 do 3 tys. metrów. Zbiorniki dewońskie i karbońskie są przeważnie węglanowe i w związku z tym bardziej zróżnicowane pod względem porowatości i przepuszczalności; są łatwiejsze w eksploatacji dzięki możliwości stosowania intensyfikacji przypływu wody geotermalnej.
– basen dolnopermski
W tym basenie występują wody geotermalne o wysokiej temperaturze i mineralizacji, ale o niezbyt dużej wydajności wodnej otworów. Możliwości pozyskiwania wód dla odbioru z nich ciepła i składników mineralnych, takich jak jod, brom, żelazo i inne, istnieją na Pomorzu, w otoczeniu Gór Świętokrzyskich, na monoklinie przedsudeckiej oraz w Niemczech i Holandii.
– basen cechsztyński
W tym basenie wody geotermalne występują w wapieniu podstawowym i dolomicie głównym w brzeżnych częściach basenu na terenie Polski (obszar monokliny przedsudeckiej, województwa warmińsko-mazurskiego) i Niemiec.
– basen triasowy
W tym basenie wody geotermalne występują w pstrym piaskowcu, wapieniu muszlowym oraz dolnym i środkowym kajprze. Dostępne wierceniami są na peryferiach basenu niemiecko-polskiego oraz w strukturach antyklinalnych centralnej części basenu (pomorskie, kujawsko-pomorskie, podlaskie, obrzeżenia Gór Świętokrzyskich, obszar monokliny przedsudeckiej).
Z tego zbiornika będzie korzystać realizowany aktualnie przez Fundację „Lux Veritatis” Zakład Geotermalny w Toruniu (woda z wapienia muszlowego lub pstrego piaskowca). Są to wody o dużej mineralizacji i temp. rzędu 60-100 st. C na głębokościach 2-3 tys. metrów.
Rys.1 Mapa istniejących i planowanych zakładów geotermalnych w Polsce na tle okręgów i subbasenów geotermalnych.
– basen jurajski
Zawiera zbiorniki wód geotermalnych w piaszczystych utworach dolnej jury (liasu) i doggeru oraz w węglanowych utworach doggeru i malmu. Zbiorniki liasowe i częściowo górnotriasowe są eksploatowane przez zakłady geotermalne m.in. w Pyrzycach, Stargardzie Szczecińskim i Mszczonowie oraz przez kilka zakładów geotermalnych w rejonie Neubranderburga (Niemcy). Z tego zbiornika może skorzystać również Geotermia Toruńska oraz projektowane zakłady geotermalne w Skierniewicach i Żyrardowie (utwory liasu). Koniecznym byłoby zbudowanie zakładów geotermalnych wykorzystujących wody z utworów doggeru i malmu w rejonie warszawskim. Zbiorniki węglanowe doggeru eksploatowane są przez blisko 50 zakładów geotermalnych w basenie paryskim (Francja). Bardzo dobre zbiorniki węglanowe istnieją w utworach górnojurajskich, w nieckach na terenie Polski, Niemiec i Holandii.
– basen kredowy
W tym basenie wody geotermalne znajdują się w utworach węglanowo-piaszczystych dolnej kredy oraz częściowo w utworach węglanowo-piaszczystych górnej kredy na obszarze Polski, Niemiec i Holandii. Opracowanie technologii eksploatacji wód geotermalnych z różnych wymienionych wyżej basenów kredowych dawałoby szansę wykorzystania tych wód i energii w nich zawartej na obszarze 8 państw: Szwecji, Litwy, Łotwy, Estonii, Białorusi, Polski, Niemiec, Holandii. Największe perspektywy rozwoju geoenergetyki istnieją w krajach prowincji północno-zachodniej i środkowej Europy, tj. w Polsce, Niemczech, na Białorusi, Litwie, Łotwie, w Estonii i Danii. Następna pod względem możliwości rozwoju jest prowincja panońska obejmująca Węgry, część Rumunii, wschodnią część Chorwacji i północną część byłej Jugosławii. Trzecim obszarem jest prowincja przedkarpacko-ukraińska (Polska, Słowacja, Ukraina, Bułgaria, Rumunia). Aktualnie na obszarze prowincji europejskiej północnozachodniej (Dania, Niemcy, Holandia) i środkowej Europy (Polska, Litwa, Łotwa, Estonia, Białoruś) funkcjonują jedynie zakłady geotermalne z utworów liasowych, w przygotowaniu są projekty eksploatujące wody z basenu kambryjskiego (Litwa i północno-wschodnia Polska) oraz kredowego (centralna Polska).
Potencjał w Polsce (tabela)
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych: Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s), Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s), Stargard Szczeciński (14 MJ/s), Mszczonów (7,3 MJ/s), Uniejów (2,6 MJ/s), Słomniki (1 MJ/s), Lasek (2,6 MJ/s) oraz Klikuszowa (1 MJ/h). W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu.