Maksymowicz: Przyszłość energii geotermalnej

Potencjalna energia jaka tkwi wewnątrz naszego globu jest praktycznie nieograniczona i na setki latwystarcza dla zaspokojenia potrzeb ludzkości. Dla samych Stanów Zjednoczonych wynosi ona 5 157 GW, co teoretycznie pozwoliłoby ogrzać każdy dom i budynek komercyjny przez co najmniej 8 500 lat. Tak przynajmniej twierdzi portal Future Explored: Geothermal Energy. Co najważniejsze to, że podane tam szacunki teoretyczne, można odnieść do każdego miejsca a naszym globie.

Obecne ograniczenia geotermii energetycznej

Z drugiej strony to nic nowego. Potencjał geotermalny Ziemi jest znany. Problem tkwił jednak w tym, że praktycznie mógł być on tylko w niewielkim stopniu wykorzystany. Przede wszystkim tam, gdzie istnieją tereny z czynnym, lub niedawno wygasłym wulkanizmem. W krajach tych otwory studzienne kilkusetmetrowej głębokości z obfitym dopływem wód podziemnych osiągają temperatury powyżej 100? C, napędzając turbiny energetyczne. Takich miejsc jest niewiele. Znajdują się one w takich krajach, jak Stany Zjednoczone, Islandia, Włochy, Etiopia. Łącznie istnieje 64 takich elektrowni na całym świecie. Tam gdzie występują mniej korzystne warunki geologiczne z głęboko położonych i dobrze przepuszczalnych warstw skalnych uzyskuje się interesujące temperatury wody, które przeznaczone są przede wszystkim dla celów balneologicznych, rekreacyjnych, a w szczególnych przypadkach dla celów grzewczych. To rozwiązanie jest bardziej popularne, również w Polsce, ale też wymaga korzystnych warunków hydrogeologicznych dla dobrych wodoprzepuszczalnych warstw wodonośnych zalegających na głębokości ok.1000 – 2500 m. Od strony składu chemicznego tych wód istnieje wymóg ich zasolenia w granicach norm dla wód pitnych, czyli 1 g/l NaCl, co często dyskwalifikuje te wody, gdyż ze względu na ochronę środowiska po ich wykorzystaniu nie mogą być one odprowadzane do sytemu rzecznego. Są to znaczące ograniczenia dla tej branży, mimo jej potencjalnych możliwości.

Intensywne badania w USA

Jednak coraz większe zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii spowodowało, że specjaliści zaczęli bliżej i intensywniej zajmować się wykorzystaniem wód geotermalnych dla celów energetycznych. Tym bardziej jest to kusząca alternatywa dla istniejących już źródeł energii odnawialnej. Przede wszystkim energia geotermalna zachowuje ciągłość swoich dostaw niezależnie od panującej pogody. Cały główny układ technologiczny znajduje się pod ziemią i zajmuje niewiele miejsca. Zalety te postanowiono wykorzystać, choć podejmowane próby zatłaczania z powierzchni wody do głębokich otworów wiertniczych okazały się mało wydajne i nieekonomiczne. Zawodne i nie zawsze możliwe do realizacji w każdych warunkach okazały się studnie wiercone parami, gdzie jeden otwór miał być eksploatacyjny, a drugi w  pewnej od niego odległości miał być chłonny. Ujmowana gorąca warstwa skalna miała nagrzewać wodę i po jej wykorzystaniu miała być drugim otworem zatłaczana do tej samej warstwy. Często okazywało się, że nawet w niewielkiej od siebie odległości między studniami, warstwy wodonośne mały zmienne parametry przepływu wody, co powodowało, że pozytywne rozwiązanie wymagało dużego szczęścia, na które jednak nie można liczyć ze względu na stosunkowo wysokie koszta inwestycyjne związane z wierceniem głębokich studni.

Ulepszone systemy geotermalne (EGS)

Amerykanie twierdzą, że szczelinowanie strefy miedzy dwoma otworami, czyli eksploatacyjnym i chłonnym należy wykonywać, na wzór szczelinowania stosowanego w eksploatacji gazu łupkowego. W ich nomenklaturze nosi on nazwę “ulepszonych systemów geotermalnych” (enhanced geothermal systems – EGS). Szczelinowanie to tylko z nazwy i zastosowanej technologii podobne jest do stosowanego do poszukiwań gazu łupkowego. Tu nie trzeba, żadnych specjalnych płynów, nie trzeba również żadnych materiałów ziarnistych dla utrzymania rozwartości szczelin. Wystarcza do tego poziome otwory kierunkowe na wymaganej głębokości z użyciem czystej wody wtłaczanej pod ciśnieniem dla uzyskania lepszego jej przepływu między studniami. Twórcy tego pomysłu obawiają się jednak społecznego sprzeciwu dla szczelinowania, choć w tym przypadku jest on tylko z nazwy tożsamy z technologią gazu łupkowego.

Tego rodzaju studnie mogą być odwiercone praktyczne wszędzie, gdyż stopień geotermiczny jest charakterystyczny dla całego globu. Przewiduje się, że studnie o głębokości ok. 5000 – 6000 m, osiągną temperaturę skał w granicach 200 – 300?C. Do przepływu wody pomiędzy obu oddalonymi od siebie studniami, będzie można wykorzystać wodę z powierzchni, która będzie zatłaczana do jednej studni i jako ogrzana będzie eksploatowana drugim otworem. System ten powinien działać w układzie zamkniętym. Uzyskana na skutek szczelinowania (EGS) dobra przepuszczalność skał miedzy tym otworami zapewni ilościowo wymaganą ilość wody o temperaturze nadającej się do jej wykorzystania dla celów energetycznych. Tu trzeba jeszcze raz podkreślić, że sztucznie stworzony układ dwóch studni nie potrzebuje poszukiwania wód podziemnych do tego celu, gdyż jest zasilany wodą z powierzchni. Również jego podobieństwo do geotermii toruńskiej jest tylko pozorne, gdyż ta wykorzystuje naturalne wody zasolone, bez szczelinowania między studniami, co nie daje gwarancji sprawnego działania tego układu.

Szacunkowe koszta inwestycyjne

Przyjmując, że koszt inwestycyjny odwiercenia dwóch studni o końcowej głębokość 5000 m dla otworów przemysłu naftowego wynosi 50 ml zł. To dla dwóch otworów wyniesie on ok. 100 mln zł. Studnia eksploatacyjna otrzyma ok. 5 m3/s przegrzanej wody, co wystarczy dla uzyskania ok. 20 MW. Jest to porównywalny koszt uzyskania energii fotowoltaicznej i wiatrowej. Przyszłość energii geotermalnej w zaproponowanej wersji wydaje się być realna i możliwa do zastosowania w każdych warunkach geologicznych bez specjalnych wymagań, jakie dla tej branży miały dotychczas miejsce.

Adam Maksymowicz

Adam Maksymowicz – absolwent Wydziału Nauk Przyrodniczych na Uniwersytecie Wrocławskim ze specjalnością geologia. Przez ponad 40 lat pracował w szeregu przedsiębiorstw i instytucji związanych z polskim górnictwem. Pracę zawodową zakończył jako Główny Inżynier w Biurze Zarządu KGHM Polska Miedź S.A. (1994 – 2005). Od 1968 roku publikuje prace naukowe i zawodowe dotyczące swojej specjalności. Zamieszcza liczne publikacje z zakresu biografii gen. Władysława Sikorskiego i Wojciecha Korfantego. Ekspert Instytutu im. Romana Rybarskiego.

REKLAMA/Advertisement

REKLAMA/Advertisement