WYRWAĆ GEOTERMIĘ ZE STAGNACJI

Transkrypt

1 Mgr inŝ. Waldemar NIKODEM BSPiR ENERGOPROJEKT KATOWICE S.A. WYRWAĆ GEOTERMIĘ ZE STAGNACJI 1. WSTĘP W ostatnich latach wystąpił zastój w budowie nowych zakładów geotermalnych. Jak to się stało, Ŝe po uruchomieniu sześciu zakładów geotermalnych, zdobyciu doświadczeń przy budowie i eksploatacji nie nastąpił dalszy szybki rozwój tego sektora energetycznego, tym bardziej Ŝe wzmógł się nacisk na ochronę środowiska i rozwój technologii OZE. Zapewne są jakieś przyczyny, a moŝe i popełnione błędy, które taki stan rzeczy wywołały. Celem artykułu jest próba przedstawienia uwarunkowań hamujących rozwój energetyki geotermalnej oraz ukazanie jak moŝna spoŝytkować wody geotermalne róŝnorodnie i stosownie do potrzeb i moŝliwości lokalnych. 2. POTENCJAŁ ENERGII GEOTERMALNEJ Szerokie grono naukowe znakomitych geologów i hydrogeologów ma wyrobioną opinie o zasobach wód geotermalnych i moŝliwościach ich pozyskania. Udowodnili oni Ŝe na prawie 80 procentach powierzchni kraju są warunki do pozyskania wód termalnych dla ogrzewania, leczenia i rekreacji.zasoby są duŝe i dobrze udokumentowane. Niestety politycy i urzędnicy szczebla najwyŝszego są oporni na przyjęcie tej wiedzy i nie rozumieją jakie to ma znaczenie dla gospodarki energetycznej kraju, skutkiem czego polityka i strategia energetyczna państwa traktuje geotermię marginalnie, bez naleŝnego uznania. Przez dziesiątki lat wykonano tysiące odwiertów geologicznych poszukiwawczych. Powstał bogaty zbiór informacji o stanie wód podziemnych, tj. poziomach wodonośnych, basenach wód podziemnych, temperaturach, mineralizacji, rodzaju złóŝ wodonośnych, porowatości, spodziewanych wydajności odwiertów. Większość z odwiertów poszukiwawczych moŝe kwalifikować się na odwierty sondaŝowe a następnie eksploatacyjne. Stanowią one miejscowe dobro do wykorzystania. Podstawowa kwestia na początku procesu prowadzącego do decyzji o budowie zakładu geotermalnego jest zawarta w pytaniu: Czy i jakie są lokalne zasoby wód termalnych? Odpowiedzi naleŝy szukać na dwóch poziomach. Po pierwsze, czy w zbiorze protokołów z wierceń geologicznych, poszukiwawczych wykonanych na interesującym nas terenie jest charakterystyka wód podziemnych i co ona nam mówi. Po drugie jakie są wyniki badań złoŝa uzyskane z odwiertu sondaŝowego. Dane o zasobach, głównie temperatura, mineralizacja i wydajność są niezbędne do optymalizacji rozwiązań technologicznych przyszłego zakładu geotermalnego. 1

2 3. PRAWO SPOŁECZNOŚCI LOKALNEJ DO ODWIERTÓW A NAWET ZASOBÓW Przez długie lata koszt wykonania odwiertów i pozyskania wiedzy o złoŝach ponosiło państwo, czyli społeczeństwo. Zatem mamy do czynienia z dobrem publicznym, podobnie jak z dobrem w postaci dorobku naukowego instytutów, czy tez zbiorów bibliotecznych. Z tego tytułu społeczeństwo ma teraz moralne prawo dostępu do tych dóbr, konkretyzując, społeczność lokalna. SpostrzeŜenie to ma kapitalne znaczenie, bowiem to właśnie lokalne samorządy będą głównymi budowniczymi i właścicielami obiektów geotermalnych, oczywiście tam. gdzie potrafiły zachować energetykę lokalna dla siebie, poprzez komunalizacje, i nie wyzbyły się jej w drodze prywatyzacji.poŝądane jest zatem, aby aktem prawa państwowego uwłaszczyć samorządy lokalne, czyli społeczeństwo, zasobami geotermalnymi i nie dopuścić do przekazania ich osobom prywatnym krajowym bądź zagranicznym. W programie rozwoju regionalnego moŝna będzie bezpośrednio stosować zasadę wykorzystania miejscowych zasobów i moŝliwości, tak ulubioną przez UE przy alokacji funduszy unijnych. 3. OBSZARY BARIER I UŁOMNOŚCI Czynniki oddziaływujące negatywnie na rozwój energetyki geotermalnej występują w obszarach : intelektualnym, prawnym, finansowym, właścicielskim i technologicznym. 3.1.Obszar intelektualny to po prostu brak wiedzy o tej technologii i problematyce.nawet na wyŝszych uczelniach technicznych w wykładach dla studentów energetyka geotermalna jest traktowana bardziej jako ciekawostka niŝ konkretna technologia przyszłości dla ciepłownictwa i elektroenergetyki. Stereotypy Ŝe jest droga inwestycyjnie, nieatrakcyjna bo o niskich parametrach, braku moŝliwości stosowania bo interesujące obszary to tereny gejzerów, wulkanów i samowypływy duŝej ilości gorącej wody nadal dominują, mimo, Ŝe rzetelna wiedza od co najmniej kilkunastu lat jest po prostu inna. Panowie i Panie, trzeba uczyć się nowego, ustawicznie uczyć się niezaleŝnie od wieku i stanowiska i nie popisywać nieuctwem i lenistwem intelektualnym. 3.2.Stan prawny dla energetyki odnawialnej nie zawiera szczególnych regulacji dla problematyki geotermalnej. Kwestią otwartą jest sprawa prawa własności dla samorządu terytorialnego, partycypacja samorządu w korzyściach z handlu emisjami, elastyczna polityka fiskalna. Skomunalizowanie dóbr geotermalnych wzmocni pozycję gminy przy staraniu się tak o środki pomocnicze unijne i krajowe jak i o środki prywatnych inwestorów Brak specjalnych postanowień prawnych w obszarze finansowym, mimo, Ŝe geotermia wyróŝnia się charakterystycznymi cechami wśród innych inwestycji w energetyce odnawialnej. Jest potrzeba utworzenia specjalnego funduszu dla odwiertów sondaŝowych, który zdejmie z samorządu ryzyko przy podejmowaniu decyzji o wykonaniu takiego odwiertu oraz preferencje podatkowe stwarzające stan sztucznej konkurencji na rynku energii. Gmina powinna mieć moŝliwość elastycznego prowadzenia polityki fiskalnej mając na celu osiąganie rozwiązań optymalnych dla siebie. 3.4.Czynnik w obszarze właścicielskim sprowadza się do braku selektywności.dotąd dopóki nie ma dojrzałych do rozpowszechnienia technologii wytwarzania energii elektrycznej z wód geotermalnych, a limity emisji CO 2 nie złapią za gardło, zainteresowanie tym źródłem 2

3 energii w energetyce zawodowej będzie zerowe.w obszarze ciepłownictwa, szczególnie małej mocy, większość obiektów wytwórczych jest nadal w gestii samorządu terytorialnego. Tak więc samorząd ten jest predystynowany do rozpowszechniania ciepłownictwa geotermalnego, a więc programy wsparcia powinny być adresowane głównie do niego. Powinien stwarzać takie warunki, aby samorząd w ramach zadań obligatoryjnych na rzecz swojej społeczności mógł traktować budowę geotermii za rzecz oczywistą i korzystną. Wsparcie dla geotermii winno być ujęte w krajowej polityce rozwoju regionalnego czego jak dotąd nie ma. PowyŜsze nie moŝe wykluczać wsparcia dla prywatnych zakładów geotermalnych np. przy parkach wodnych W obszarze technologicznym występuje potrzeba dalszych poszukiwań. Obszar ten to w istocie dwa rodzajowo odrębne obszary, tj. - wszystko to co jest pod powierzchnią gruntu, - instalacje inŝynierskie nadziemne wraz z sieciami przesyłowymi. Programy badawcze dla obszaru pierwszego powinny obejmować wiercenia ukośne,pobór róŝnej wody równocześnie z róŝnych poziomów, technologie zapewniające stałą wydajność i chłonność odwiertów. W obszarze drugim występuje potrzeba licznych opracowań studialnych optymalizujących rozwiązania inŝynierskie, przede wszystkim dla minimalizacji kosztów pozyskiwania ciepła i poprawy efektywności wykorzystania energii oraz nowatorskich obiegów i czynników termodynamicznych. Pułapki niepowodzeń tkwią w określeniu realnego zapotrzebowania na ciepło, doboru urządzeń i materiałów odpowiednich do właściwości wody obiegowej pierwotnej, koherentności przy współpracy z innymi instalacjami. Brak prac studialnych i badawczych moŝe zaskutkować pojawieniem się kolejnej geotermii z rozwiązaniami odległymi od odnawialnych. 4. KRYTERIUM CELU DLA GEOTERMII Podstawowy cel to wykorzystanie miejscowych zasobów i moŝliwości w gospodarce oraz w programie rozwoju społeczno-gospodarczego gminy. Zakład geotermalny pozwoli : - obniŝyć koszta wytwarzania ciepła, - odbudować zdolność wytwórczą ciepłowni [elektrociepłowni], - budować lokalne bezpieczeństwo energetyczne, - przywołać kapitał do inwestowania, - poprawić lokalny stan środowiska. - zwiększyć atrakcyjność gminy 5. ISTOTA GEOTERMII Geotermia to po prostu ciepło wnętrza Ziemi zawarte w entalpii wody, gazu, skał. Wody termalne to wody podziemne o temperaturze powyŝej 9 C zawarte w zbiornikach, szczelinach i porach skał róŝnych formacji geologicznych.ciepło uzyskuje się przez schłodzenie wody termalnej wydobytej na powierzchnię lub schłodzenie gruntu cieczą obiegową w instalacji rurowej stanowiącej gruntowy wymiennik ociepla. Średni gradient temperatury 3,3 C/m. Średni stopień geotermalny 33 m/ C. Występują anomalie geotermalne. W obszarach anomalii geotermalnej w/w parametry mogą mieć wartości mniejsze lub większe o kilkanaście procent. 3

4 Wody geotermalne pochodzą z : - samowypływów, - odwiertów czerpalnych, - głównego odwadniania kopalń węgla i rud. ZłoŜa geotermalne wymagają ochrony przed zczerpaniem wody oraz skaŝeniem chemicznym i mikrobiologicznym. Eksploatacja złoŝa geotermalnego to uniknięta emisja CO 2 i korzyści z handlu emisjami. Zakład geotermalny moŝe być obiektem samodzielnym bądź częścią przedsiębiorstwa ciepłowniczego. 6. SPOSOBY WYKORZYSTANIA WÓD GEOTERMALNYCH Sposobów wykorzystania jest wiele, zaleŝą one zarówno od potrzeb jak i od wody W płytkiej geotermii wykorzystujemy głównie energie słoneczna. Na głębokości m występuje juŝ stała temperatura 9 9,5 C. Elementy techniczne to : pompa ciepła, wymiennik gruntowy płaski lub pionowy, studnie. Poziom temperatur dolnego źródła ciepła to 3 C do 9,5 C. Moc do kilkuset kilowatów. Celem jest ogrzewanie budynków i ciepła woda uŝytkowa. 6.2.Lecznicze wykorzystanie wody termalnej. Rodzaj i poziom mineralizacji decyduje o takim wykorzystaniu. Balneologia to leczenie chorób skórnych, zwyrodnieniowych, reumatoidalnych i innych.wydzielone obiekty w uzdrowiskach lub oddziały przyszpitalne. PoŜądana temperatura to C.Woda po zabiegach nie powraca do złoŝa. Wystarczy jeden odwiert czerpalny małej wydajności. 6.3.Geotermia dla obiektu rekreacyjnego. Są to kąpieliska, baseny, parki wodne udostępniane cały rok. Geotermia podobna do geotermii balneologicznej ale o innej i niŝszej mineralizacji. SłuŜby sanitarno-epidemiologiczne mogą domaga się higienizacji wody przed zrzutem. 6.4.Ciepła woda uŝytkowa i woda pitna.woda w obiegu zewnętrznym otwartym. Warunkiem jest niska mineralizacja i odczyn obojętny. Woda jest biologicznie czysta, nie wymaga skomplikowanego uzdatniania. Woda pitna powinna być schłodzona. 6.5 Zimno z ciepła geotermalnego.odbiorcą ciepła geotermalnego mogą być duŝe magazyny chłodnie dla produktów Ŝywnościowych. Agregaty ziębnicze absorpcyjne o mocy powyŝej kw charakteryzują się niŝszymi kosztami eksploatacyjnymi. W szczególnych przypadkach mogą być zasilane ciepłem geotermalnym. Największe zapotrzebowanie zimna jest w lecie, a ciepła w zimie. Dostawa ciepła w okresie letnim z zakładu geotermalnego stwarza warunki do obniŝki cen ciepła w okresie grzewczym Zakład geotermalny ciepłowniczy. Klasyczna geotermia lokalna to przedsiębiorstwo energetyczne cieplne o mocy od kilku do kilkudziesięciu MW [ w przyszłości do kilkuset, np. w Łodzi.] w którym kotły są zastąpione odwiertami czerpalnymi i chłonnymi oraz wymiennikami ciepła. PoŜądane parametry wody termalnej to temperatura C, wydajność odwiertu od 30 m 3 /h, niska mineralizacja wody,odczyn zbliŝony do obojętnego.dla małej mocy [ 5 10 MW] niskiej mineralizacji wody moŝna bazować na jednym odwiercie czerpalnym a schłodzona wodę kierować do cieku powierzchniowego. Pozytywnie na ekonomikę pracy ciepłowni wpływa pobór wody 4

5 termalnej równieŝ poza sezonem grzewczym. Ze względu na duŝe wahania w zapotrzebowaniu na ciepło w sezonie grzewczym źródło geotermalne współpracuje z kotłami szczytowymi. Przypadku obiektu samodzielnego Kotlami szczytowymi będą z reguły kotły gazowe. Zatem geotermia w tym przypadku nie konkuruje z gazem, przeciwnie, moŝe powiększać zapotrzebowanie na gaz. PoŜądane jest aby ciepło geotermalne kierowane było do sieci grzewczej dystrybucyjnej średnio i niskotemperaturowych. Gdy są sieci wysokotemperaturowe [ 95 / 65 C ] stosuje się kotły dogrzewające, pompy ciepła Geotermia kopalniana to obiekt jeszcze w praktyce nie znany. Istota jego polega na tym, Ŝe funkcje odwiertu czerpalnego pełni istniejąca juŝ instalacja odwadniania kopalni. Nie ma potrzeby wydawania pieniędzy na wykonania odwiertu.ciepła woda dostępna jest na powierzchni równieŝ bez kosztów eksploatacyjnych za frico. Główne odwadnianie kopalń dostarcza na powierzchnię znaczne ilości wody o podwyŝszonej temperaturze, dochodzącej do 25 C. co uwaŝa się za poziom wysoki w dolnym źródle ciepła dla pompy ciepła. Z takiej geotermii moŝna uzyskać moc na poziomie MW. Ciepło to moŝe być wykorzystane na pokrycie potrzeb własnych kopalni, a nadwyŝka przekazana odbiorcom zewnętrznym w sąsiedztwie kopalni. 7. QUAZIKOGENERACJA W ZAKŁADZIE GEOTERMALNYM Istota polega na tym, aby do napędu pomp obiegowych uŝywać energii mechanicznej z silników spalinowych lub energii elektrycznej z agregatów prądotwórczych, w obu przypadkach zasilanych gazem lub olejem napędowym, a ciepło odpadowe ze spalin [temp. 450 C ] i obiegów chłodzących dodawać do ciepła geotermalnego i kierować do sieci ciepłowniczej. 8. KOEGZYSTENCJA CIEPŁA GEOTERMALNEGO I CIEPŁA Z GAZU. Nowy zakład geotermalny w zasadzie nie moŝe obejść się bez paliwa gazowego. Nie moŝna projektować wielkości mocy geotermalnej pod maksymalne zapotrzebowanie ciepła, bo wówczas popełniliśmy grzech przewymiarowania skutkujący wzrostem kosztów stałych w kosztach całkowitych za ciepło. Przyjmuje się zatem niŝsze moce geotermii, a szczytowe zapotrzebowanie pokrywa z innego źródła, najkorzystniej z kotła gazowego. Znaczny wzrost cen gazu moŝe wymuszać ograniczenie spalania gazu w istniejących instalacjach C.O. na rzecz wprowadzenia ciepła geotermalnego ze schłodzenia wody termalnej niezbędnej dla celów leczniczych. 9. KASKADA CIEPLNA. Kaskadę cieplną tworzą układy odbierające ciepło geotermalne posobnie na róŝnych poziomach temperatur. Temperatura wody powrotnej grzewczej jest wystarczająca dla dalszego odbioru ciepła dla szklarni, kąpielisk, a nawet basenów hodowli ryb lub grzania gruntu pod uprawy warzyw i kwiatów. W kaskadzie cieplnej schłodzenie wody przed zatłoczeniem do złoŝa moŝe być pełne gdy temperatura zbliŝy się do temperatury otoczenia. 5

6 10. ASPEKT TURYSTYCZNY Ze względu na nowatorski charakter zakładu geotermalnego, nowoczesność rozwiązań technologicznych, niewielką ilość obiektów, zainteresowanie społeczeństwa technologiami OZE, zakład taki jest atrakcyjnym obiektem turystycznym. Wskazane jest aby kaŝdy z nich przystosowany był do pełnienia funkcji edukacyjnej i promocji geotermii, był dostępny dla zainteresowanych oraz turystów, tak jak ma to miejsce w GEOTERMII PODHALAŃSKIEJ. 11.PODSUMOWANIE. Przyśpieszenie rozwoju technologii geotermalnej uzaleŝnione jest od wprowadzenia istotnych instrumentów wsparcia. NajwaŜniejsze z nich to zapisy nadające odpowiednią rangę tej technologii w strategii rozwoju gospodarki energetycznej, system prawny wsparcie finansowego oraz edukacja. Generalnie samą geotermię uwaŝa się za technologię przyjazną dla środowiska. Zajmuje ona małą powierzchnię, wymaga małych, niskich budynków o lekkiej konstrukcji, nie emituje spalin, hałasu, ścieków, jest w pełni zeroemisyjna CO 2, korzysta z zasobów niezczerpywalnych, wykorzystuje miejscowe źródło energii, a tym samym buduje lokalne bezpieczeństwo energetyczne, wyróŝnia się niską energochłonnością, niskimi kosztami pracy, pozwala na oferowanie taniego ciepła przy uwzględnieniu korzyści z handlu unikniętą emisją CO 2, naleŝy do technologii BAT owskich, ma zatem znamiona technologii przyszłości i jest ulubionym miejscem alokacji unijnych funduszy wsparcia rozwoju OZE 6