Geotermia w Polsce

Grzegorz Litke
główny inżynier ekolog

Energia geotermalna towarzyszy człowiekowi od zarania dziejów. Wykorzystywana była na długo przed paliwami kopalnymi. Odkrycia archeologów potwierdzają, że od wieków eksploatowano źródła gorących wód w różnych częściach świata. Istniejące dokumenty  poświadczają, że ponad dwa tysiące lat temu mieszkańcy Chin i Cesarstwa Rzymskiego stosowali wody geotermalne do celów leczniczych i rekreacyjnych.

W Polsce nie ma dużych tradycji w zakresie korzystania z źródeł geotermalnych. Spowodowane jest to brakiem na większości obszaru samoczynnych wypływów ciepłych wód. Jednak już w XIII wieku pojawiły się na terenie południowej Polski zaczątki sanatorium wybudowanego przez zakon Joannitów w Cieplicach. W tym czasie również w Lądku             i Ciechocinku zaczęto stosować urządzenia, które wykorzystywały do celów leczniczych ciepłą wodę wydostającą się na powierzchnię ziemi. Z XV wieku pochodzą wzmianki o istnieniu źródła leczniczego w Dusznikach a z XVI wieku w Iwoniczu Zdroju. Natomiast pierwsze informacje o złożach geotermalnych pochodzą z przełomu XIX i XX wieku, które odkryto przy poszukiwaniu nafty i gazu. W 1963 r. po raz pierwszy pozyskano wodę  o temperaturze 37^oC, z otworu wiertniczego zlokalizowanego pod Zakopanym, którą wykorzystano następnie do ogrzewania wody w basenach kąpielowych a w 1992 roku na Podhalu uruchomiono pierwszą w Polsce ciepłownię geotermalną. Był to Doświadczalny Zakład Geotermalny PAN Bańska – Biały Dunajec, który przekształcił się w 1993 r. w Geotermię Podhalańską (obecnie PEC Geotermia Podhalańska Spółka Akcyjna).

Energia geotermalna (geotermiczna) zgodnie z art. 2, pkt. 22 Ustawy o odnawialnych źródłach energii[1] zaliczana jest do odnawialnych źródeł energii. Jest to energia o charakterze nieantropogenicznym (nie związanym z działalnością człowieka) skumulowana w postaci ciepła pod powierzchnią ziemi.

Przyjmuje się, że około 80% energii geotermalnej powstaje w wyniku rozpadu pierwiastków promieniotwórczych (potasu, uranu i toru). Pozostałe 20% pochodzi z ciepła promieniowania słonecznego, które dociera do wnętrza ziemi oraz z procesów formowania się planety i tarć wewnętrznych wywołanych zmianami pola grawitacyjnego i prędkości obrotu Ziemi.

Temperatura wewnątrz ziemi rośnie w kierunku jej środka, osiągając w jądrze wartości rzędu ok. 4500-6000^oC. Średni gradient temperatury (wzrost na jednostkę odległości  od powierzchni ziemi) wynosi ok. 25-30^oC/km. Z uwagi jednak na niejednorodną budowę skorupy ziemskiej istnieją regiony, w których gradient ten przekracza 40^oC/km. To na tych terenach głównie następuje eksploatacja źródeł geotermalnych.

Geoenergetyka zajmuje się wykorzystaniem i przetwarzaniem energii (ciepła) wnętrza Ziemi, zmagazynowanej w gruncie oraz złożach geologicznych przegrzanej pary wodnej, wód geotermalnych i gorących suchych skał.

Zgodnie z art. 5, ust. 2, pkt. 2 Ustawy prawo geologiczne i górnicze[2]woda termalna (geotermalna) to woda podziemna, która na wypływie z ujęcia ma temperaturę nie mniejszą niż 20°C. Zgodnie z ustawą wody geotermalne uznawane są za kopaliny czyli naturalnie nagromadzone substancje, których wydobywanie może przynieść korzyść gospodarczą.

Wykorzystywanie energii geotermalnej na świecie, zarówno do produkcji energii elektrycznej, ciepła oraz innych zastosowań, jest obecnie znikome. Dane dotyczące np. udziału źródeł geotermalnych w produkcji energii nie są ujmowane w wielu statystykach. Natomiast szacowany całkowity potencjał geotermalny Ziemi jest ogromny i przekracza wiele tysięcy razy wielkość rocznej konsumpcji energii na świecie.

Wiele krajów coraz częściej dostrzega znaczenie posiadanych zasobów geotermalnych. Zgodnie z referatem Marka Hajto i Beaty Kępińskiej z VIII Ogólnopolskiego Kongresu Geotermalnego, który odbył się 29.11-1.12.2023 r. w Krakowie[3], w 2021 roku energię geotermalną wykorzystywano na świecie w 88 krajach, a w 29 krajach także do produkcji energii elektrycznej. Wśród nich wiodącymi są Stany Zjednoczone, Indonezja, Filipiny, Turcja, Nowa Zelandia, Meksyk i Kenia. Całkowita moc działających elektrowni geotermalnych na świecie na koniec 2022 r. wynosiła ok. 16 GWe (ok. 0,5 % zainstalowanej mocy) a w Europie, ok. 3,5 GWe.  Całkowita zainstalowana moc geotermalna w zakresie bezpośredniego wykorzystania (ciepłownictwo, chłodnictwo), z wyłączeniem gruntowych pomp ciepła, wynosiła w tym okresie na świecie ponad 30 GWt (ok. 0,3% zainstalowanej mocy) a w Europie ok. 5,6 GWt. Na koniec 2022 roku w Europie moc zainstalowaną w systemach płytkiej geotermii (wykorzystujące złoża o temp. do 20^oC) oszacowano na ok. 35,6 GWt ( ok. 2,2 mln pomp ciepła). W Europie największym użytkownikiem energii geotermalnej jest Islandia, gdzie ok. 90% domów wykorzystuje ją w postaci ciepła a ok. 30% z nich w postaci energii elektrycznej.

Polski sektor ciepłowniczy w przeważającej części składa się z przestarzałych                          i nieefektywnych sieci i źródeł wykorzystujących w ponad 70% paliwa kopalne (głównie węgiel kamienny i brunatny). Szacuje się, że moc cieplna zainstalowana (źródła systemowe    i indywidualne) wynosi aktualnie ok. 50 GWt.

Powoduje to m.in.:

• zwiększenie kosztu energii z uwagi na m.in. rosnące koszty emisji CO₂,
• ponadnormatywne zanieczyszczenie powietrza,
• pogorszenie stanu zdrowia obywateli,
• pogłębianie się ubóstwa energetycznego.

Większość ekspertów uważa, że Polska ma duży potencjał w zakresie energii geotermalnej. Wykonanie kilkunastu tysięcy głębokich otworów wiertniczych (badawczych i naftowych) pozwoliło na ogólne rozpoznanie złóż wód geotermalnych. Badania geologiczne wskazują,  że na ponad połowie powierzchni kraju występują zbiorniki wód geotermalnych, a jedna czwarta  posiada warunki do wykorzystania ich w ciepłownictwie. Obszary, które można uznać za perspektywiczne, zlokalizowane są głównie na Niżu Polskim oraz na Podhalu. Temperatura złóż na tych obszarach na głębokości 1-10 km waha się w granicach od 30-130°C.

Według najnowszego Raportu Forum Energii[4] w Polsce geotermia odpowiada za 0,3% udziału w OZE ogółem, co stanowi wartość dziesięciokrotnie niższą niż średnia unijna. Oszacowane zasoby eksploatacyjne stanowiące ok. 1,5-2,5% potencjału wód geotermalnych mogą zaspokoić 19–31% całkowitego zapotrzebowania na ciepło systemowe i indywidualne. Dane te obrazują możliwości rozwoju tej gałęzi energetyki odnawialnej.

Obecnie pozyskiwanie energii geotermalnej cieszy się coraz większym zainteresowaniem     ze strony inwestorów, w szczególności jednostek samorządu terytorialnego. Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy (PIG-PIG) we współpracy z Ministerstwem Klimatu i Środowiska oraz Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej przygotowuje i udostępnienia opinie na temat wielkości potencjału geotermalnego oraz możliwości jego zagospodarowania w poszczególnych gminach. Dokumenty opracowywane są w oparciu o własne dane geologiczne i hydrogeologiczne   PIG-PIB, takie jak profile głębokich otworów wiertniczych, mapy geologiczne i hydrogeologiczne, atlasy geotermalne, bilanse zasobów kopalin oraz Centralną Bazę Danych Geologicznych. Około 40% badanych lokalizacji otrzymało pozytywne rekomendacje dla dalszych działań inwestycyjnych.Poniżej jedna z map opracowanych przez PIG-PIB w 2021 r.

Mapa obszarów perspektywicznych dla poszukiwania i ujmowania wód termalnych; źródło: https://www.pgi.gov.pl/aktualnosci/display/13137-wody-termalne-dla-samorzadow.html

Wykorzystanie geotermii do produkcji energii elektrycznej uzasadnione jest szczególnie w obszarach występowania par geotermalnych o temperaturach co najmniej 150°C. Przy niższych temperaturach możliwa jest produkcja energii elektrycznej przy zastosowaniu systemów binarnych, w których stosowane są dwa płyny robocze: płyn geotermalny oraz czynnik roboczy o znacznie niższej niż woda geotermalna temperaturze wrzenia.

W Polsce energia geotermalna, z uwagi na temperaturę złóż, wykorzystywana jest wyłącznie do produkcji ciepła, balneoterapii i rekreacji.

Obecnie funkcjonuje w Polsce 7 ciepłowni geotermalnych :

W 2024 roku planowane jest uruchomienie kolejnych 3 ciepłowni geotermalnych w Kole, Koninie i Sieradzu o łącznej mocy geotermalnej 35,1 MWt.

Szacuje się, że obecnie w Polsce zainstalowanych jest ok. 85 tysięcy gruntowych pomp ciepła o szacowanej mocy co najmniej 900 MW.

[1] USTAWA z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii, Dz.U.2023.1436 t.j.

[2] USTAWA z dnia 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze, Dz.U.2023.633 t.j.

[3] https://kongresgeotermalny.pl/viii-ogolnopolski-kongres-geotermalny/

[4] https://www.forum-energii.eu/geotermia