Energia geotermalna stan i perspektywy wykorzystania na świecie i w Europie. Cz. II

Transkrypt

1 Energia geotermalna stan i perspektywy wykorzystania na świecie i w Europie. Cz. II Autor: dr hab. Beata Kępińska, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Polskie Stowarzyszenie Geotermiczne, Kraków ( Czysta Energia 10/2009) Europę charakteryzują generalnie niskie i średnie wartości gęstości strumienia cieplnego Ziemi. Parametr ten waha się w zakresie od 3040 mw/m 2 w obrębie platformy prekambryjskiej do 6080 mw/m 2 w obszarze orogenu alpejskiego. Stosunkowo wysokie wartości 80 do 100 mw/m 2 cechują aktywne tektonicznie obszary południowej Europy, rów górnego Renu i niektóre inne rejony, m.in. basen panoński. NajwyŜsze wartości gęstości strumienia cieplnego Ziemi 150 do 200 mw/m 2 stwierdzono na Islandii, połoŝonej w obszarze aktywnego ryftu środkowoatlantyckiego 1. Warunki termiczne powodują, Ŝe w Europie dominują złoŝa o niskiej entalpii, czyli złoŝa wód o temperaturach nieprzekraczających 150 C. Są one związane głównie ze skałami osadowymi wapieniami, dolomitami, piaskowcami, a ponadto ze skałami magmowymi (krystalicznymi, wulkanicznymi). Największe eksploatowane złoŝa wód geotermalnych na kontynencie europejskim znajdują się w basenie paryskim (Francja), w basenie panońskim (połoŝonym na terenie kilku państw Węgier, Serbii, Słowacji, Słowenii, Rumunii), w obszarze NiŜu Europejskiego (m.in. w Niemczech, Danii, Polsce), w paleogeńskich strukturach Karpat wewnętrznych (Polska, Słowacja), a takŝe w alpejskich i starszych strukturach Europy Południowej (Bułgaria, Rumunia, Grecja, Turcja). Na niektórych obszarach znajdują się złoŝa przegrzanych wód i par (o wysokiej entalpii) we Włoszech, w Turcji, Grecji, na kilku wyspach (wyspy greckie, Azory, Wyspy Kanaryjskie), a przede wszystkim na Islandii. Wykorzystanie energii geotermalnej w Europie Energia geotermalna jest stosowana w 32 krajach europejskich na róŝną skalę i do róŝnych celów. W 2004 r. całkowita moc zainstalowana dla wykorzystania bezpośredniego wynosiła MW t, a zuŝycie ciepła ,9 TJ ( GWh) 2 (tabela), co stanowiło odpowiednio 49% i 53,7% udziału w świecie. Bezpośrednie wykorzystanie energii geotermalnej na skalę przemysłową ma miejsce przede wszystkim w Europie. W pierwszej piątce krajów o największej zainstalowanej mocy i zuŝyciu ciepła geotermalnego są, obok Chin i USA, trzy kraje: Szwecja, Islandia i Turcja. W czołówce światowej znajduje się takŝe kilka innych państw europejskich. Wzrost wykorzystania energii geotermalnej w Europie w latach związany był przede wszystkim ze przyrostem zainstalowanych pomp ciepła. Całkowita moc wszystkich elektrowni geotermalnych w Europie w 2004 r. wynosiła 1125 MW e, a produkcja 7132,7 GWh, co stanowiło odpowiednio 12,6% i 12,5% udziału w skali świata 3. Generacja prądu elektrycznego przy zastosowaniu par geotermalnych prowadzona jest w sześciu krajach europejskich na Islandii, we Włoszech, w Turcji, a takŝe w Rosji (na

2 Kamczatce), Portugalii (na Azorach) oraz we Francji (na Gwadelupie terytorium zamorskim tego kraju). W Europie pracują takŝe cztery instalacje binarne stosujące wody geotermalne o temperaturach C: w Altheim (od 2001 r.) i Bad Blumau (od 2003 r.) w Austrii oraz w NeustadtGlewe (od 2003 r.) i Unterhaching/Monachium (od 2007 r.) w Niemczech. Mają one niewielką moc: kw e. (jedynie instalacja w Unterhaching posiada moc ok. 3 MWe), cechują się niezbyt wysoką sprawnością i pracuje w skojarzeniu z instalacjami stosującymi na duŝą skalę ciepło geotermalne (c.o. i c.w.u., kąpieliska, balneoterapia). W niektórych krajach trwają badania i prace zmierzające do uruchomienia następnych instalacji binarnych. Główne dziedziny wykorzystania energii geotermalnej Wody i energia geotermalna są w Europie stosowane przede wszystkim w ciepłownictwie w systemach centralnego ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody uŝytkowej oraz w instalacjach indywidualnych, w rekreacji i balneoterapii, w rolnictwie (do ogrzewania szklarni, upraw pod osłonami foliowymi i do podgrzewania glebowego). Ponadto w mniejszym zakresie takŝe w hodowlach wodnych głównie ryb, niekiedy glonów, w procesach przemysłowych (m.in. do suszenia i pasteryzacji), a czasem do topienia śniegu i lodu z chodników oraz jezdni czy podgrzewania pasów startowych lotnisk. Z wód geotermalnych odzyskuje się dwutlenek węgla, sól jadalną i inne związki chemiczne. Stosuje się je do produkcji kosmetyków czy teŝ butelkuje jako wody lecznicze i mineralne. Oprócz ciepła wód wydobywanych z głębokich (13 km) odwiertów, coraz częściej dostarczane jest ono za pośrednictwem pomp ciepła bazujących na jego odzysku z płytkich partii skorupy ziemskiej. W niektórych krajach w Szwecji, Austrii, Szwajcarii, Norwegii, Niemczech zdominowały one ogrzewanie geotermalne, a niekiedy są stosowane takŝe do chłodzenia pomieszczeń, co wydłuŝa okres ich pracy i zwiększa efektywność ekonomiczną. Najwięcej energii geotermalnej zuŝywa się od kilku lat w Szwecji dzięki dynamicznemu rozwojowi stosowania pomp ciepła. Kraj ten po 2000 r. wyprzedził pod względem całkowitej ilości wykorzystywanego ciepła geotermalnego nawet Islandię. W najbardziej wszechstronny i znaczący ilościowo sposób z wód i energii geotermalnej korzysta Islandia, stosując je w ciepłownictwie (zaopatruje ponad 98% populacji), do ogrzewania szklarni (dzięki czemu kraj połoŝony pod kołem podbiegunowym jest niemal samowystarczalny w zakresie zaopatrzenia w podstawowe warzywa). Ponadto energię ta wykorzystuje się w kąpieliskach i balneoterapii, w hodowli ryb (łososi, pstrągów), do suszenia glonów, wełny, ziemi okrzemkowej, ryb, w procesach technologicznych przemysłu spoŝywczego, do odzysku dwutlenku węgla, do odzysku z wody morskiej soli kuchennej (chlorku sodu), a takŝe do produkcji kosmetyków itp. Do innych państw przodujących w Europie pod względem stosowania energii i wód geotermalnych naleŝą: w ciepłownictwie Turcja, Francja i Rosja, w rolnictwie (ogrzewanie szklarni i upraw pod osłonami) Rosja, Turcja, Węgry, Włochy i Grecja, w rekreacji i balneoterapii Węgry, Turcja, Słowacja, Włochy oraz Austria (ten sposób wykorzystania ma miejsce w wielu innych krajach Europy, takŝe w Polsce). W niektórych państwach ciepło geotermalne stosuje się do suszenia produktów rolnych, drewna, materiałów budowlanych (Serbia, Grecja, Rumunia, Słowenia). Z wód geotermalnych odzyskiwane są sole mineralne, inne związki chemiczne (Bułgaria, Włochy, Polska, Rosja) i dwutlenek węgla (Bułgaria,

3 Polska, Turcja). Wody są butelkowane (Bułgaria, Francja, Węgry), stanowią teŝ podstawę produkcji wysokiej jakości kosmetyków (Francja, Bułgaria, Rumunia, Polska). Ciepłem geotermalnym podgrzewane są pasy startowe lotnisk (Niemcy, Szwajcaria). Europa wykorzystanie energii geotermalnej 2, 3 w 2004 r. Bezpośrednie wykorzystanie Kraj Albania Austria Belgia Białoruś Bułgaria Chorwacja Czechy Dania Finlandia Francja Grecja Hiszpania Holandia Irlandia Islandia Litwa Macedonia Niemcy Norwegia Polska Portugalia Rosja Rumunia Serbia i Czarnogóra Słowacja Słowenia Szwajcaria Szwecja Turcja Ukraina Węgry Wlk. Brytania Włochy Moc zainstalowana [MW t ] 9,6 352,0 63,9 1,0 109,6 114,0 204,5 821,2 260,0 308,0 74,8 22,3 253,5 20, ,0 21,3 62,3 504,6 450,0 170,9 30,6 308,2 145,1 88,8 187,7 48,6 581, , ,0 10,9 694,2 10, Produkcja ciepła [TJ/r.] 8, ,9 431,2 13, ,5 681, , , , ,7 567,2 347, , ,0 458,0 598, , ,0 838,3 385, , , , ,0 712, , , ,1 118, ,8 45, ,0 [GWh/r.] 2,4 619,4 119,8 3,7 464,3 189,4 338, ,2 541, ,4 157,6 96,5 190,3 28, ,3 127,2 166,3 808,3 642,8 232,9 107, ,7 787,2 659,8 842,8 197, , , ,3 33, ,7 12, ,5 Produkcja prądu elektrycznego Moc zainstalowan a [MW e ] , ,01 * ,0 790 Całkowita produkcja [GWh/r.] 3,2 102, ,0 1, , ,0 Razem , , , ,7 * pilotaŝowe instalacje binarne stosujące wody geotermalne o temperaturach C jako płyn roboczy

4 W kilku krajach prowadzi się badania dotyczące odzysku ciepła z gorących, suchych skał. Znane są one m.in. z podłoŝa rowu górnego Renu, gdzie zalegają na głębokościach poniŝej 3 5 km. Międzynarodowy projekt badawczoeksperymentalny prowadzony jest od kilkunastu lat w SoultzsousForêts we Francji (w 2008 r. oficjalnie uruchomiono instalację o mocy ok. 3 MWe), a od niedawna równieŝ w Niemczech. Kierunki rozwoju geotermii W najbliŝszych latach spodziewany jest na świecie i w Europie dalszy rozwój wykorzystania energii geotermalnej. Dotyczy to róŝnych technologii i róŝnych dziedzin wykorzystania. W zakresie technologii moŝna wśród nich wymienić: Pompy ciepła (do największych juŝ realizowanych naleŝy projekt budowy systemu pomp ciepła (docelowo 1000 MW t ) w Mediolanie we Włoszech 4. Instalacje binarne do produkcji prądu elektrycznego, bazujące na wodach o temperaturach rzędu C, pracujące w skojarzeniu z produkcją ciepła (do takich naleŝy m.in. uruchomiona w 2007 r. w Unterhaching elektrociepłownia o mocy cieplnej 40 MWt (c.o., c.w.u) i mocy elektrycznej ok. 3 MWe 5. Spodziewany jest m.in. wzrost efektywności instalacji, transfer technologii generacji prądu przy zastosowaniu metody EGS (co zainicjowała w 2008 r. instalacja w SoultzsouzForêts) do innych miejsc w Europie oraz wzrost skuteczności metod eksploracji systemów EGS, niezawodności technologii i instalacji. Budowa kolejnych systemów c.o. oraz optymalizacja istniejących. Wykorzystanie energii geotermalnej w ciepłownictwie w niektórych krajach europejskich zwiększyłoby bezpieczeństwo dostaw ciepła do sieci c.o., bazujących na gazie dostarczanym z Rosji z tranzytem poprzez Ukrainę (nawet 100% dostaw w przypadku kilku krajów). Ograniczenia dostaw gazu z tego kierunku, jakie miały miejsce w styczniu 2009 r. (w środku sezonu grzewczego), będą się zapewne powtarzać. Wzrost zastosowań w rolnictwie, akwakulturach, suszarnictwie, rekreacji oraz balneoterapii. Nowe zastosowania: odladzanie jezdni, pasów startowych, odsalanie wody morskiej itp. Natomiast w zakresie zastosowań bezpośrednich i rozwoju geotermii tradycyjnej (otwory wiertnicze do głębokości 34 km) spodziewany jest postęp w metodach badań, w ocenie zasobów i parametrów złóŝ, wzrost jakości i niezawodności technologii i instalacji oraz transfer sprawdzonych rozwiązań do innych lokalizacji 6, 7. W ostatnich latach podjęto kilka inicjatyw europejskich wspierających rozwój geotermii (patrz ramka). Inicjatywy europejskie wspierające rozwój geotermii: Inicjatywa dyrektywy UE dot. wzrostu wykorzystania OZE w ciepłownictwie i chłodnictwie (25% udziału w 2020 r.). Zgłoszona przez European Renewable Energy Council w 2004 r. była jednym z impulsów do opracowania dyrektywy w sprawie promocji odnawialnych źródeł energii (3x20%) kluczowego elementu tzw. pakietu klimatycznoenergetycznego. W inicjatywie znalazło się m.in. stwierdzenie, Ŝe szczególne znaczenie dla rzeczywistego rozwoju OZE w Europie ma wprowadzenie ram prawnych i ekonomicznych sprzyjających ich wykorzystaniu w ciepłownictwie i chłodnictwie.

5 Deklaracja z Kistelek 8 (ang. The Kistelek Declaration) przyjęta w 2005 r. na Węgrzech podczas konferencji Narzędzia prawne i ekonomiczne dla przyspieszenia wykorzystania energii geotermalnej w UE. Dokument wskazywał m.in. Ŝe UE powinna naciskać na kraje członkowskie, aby szybko wprowadziły spójny system prawny oraz wskazały instytucje i organa odpowiedzialne za ułatwienie wykorzystania geotermii 6. Projekty współfinansowane przez UE dot. problemów prawnych i ekonomicznych rozwoju geotermii oraz aspektów finansowych, będące praktyczną realizacją Deklaracji z Kistelek m.in. Geothermal Regulations Heat, GTRH 9 oraz Geothermal Finance and Awareness in European Regions, GEOFAR 10. Komunikat Komisji UE Europejska polityka energetyczna, styczeń 2007 r.: proponował długofalowy cel dla energetyki OZE jako wzrost udziału OZE w bilansie energetycznym UE z poziomu 7% do 20% w 2020 r. Komunikat stwierdzał m.in., Ŝe państwa UE powinny mieć moŝliwość elastycznego wyboru OZE najlepiej dostosowanych do ich potencjału i priorytetów. Sposób realizacji naleŝy określić w krajowych planach działania. Deklaracja z Brukseli 11 (ang. The Brussels Declaration) przyjęta w lutym 2009 r. podczas konferencji w ramach projektu GTRH. Określa działania, jakie naleŝy bezzwłocznie podjąć w kilku obszarach (badania, technologie, prawo, przepisy, warunki ekonomiczne, edukacja, szkolenie, przygotowanie kadr), aby przyspieszyć rozwój wykorzystania energii geotermalnej w Europie, czemu sprzyjają zainteresowanie inwestorów i potencjalnych uŝytkowników, dyrektywa 3x20%, inne zobowiązania międzynarodowe podjęte przez kraje europejskie i pilna konieczność zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego oraz niezawodności dostaw energii 7. Dyrektywa UE12 w sprawie promocji odnawialnych źródeł energii ( 3x20% ), 2009 r. Określa osiągnięcie średnio 20procentowego udziału OZE w finalnej strukturze zuŝycia energii (ciepła, prądu, chłodu) do 2020 r. w krajach EU (dla Polski 15%). Dyrektywa wymienia m.in. energię geotermalną wśród innych OZE jako perspektywiczną dla ciepłownictwa (chłodnictwa), ponadto generacji prądu. Jakkolwiek nietraktowana jako główne OZE w Europie, to jednak energia geotermalna posiada perspektywy rozwoju, co powinno zostać określone m.in. w krajowych planach działania. 7. Program Ramowy UE, : kreuje przestrzeń i ramy finansowe dla badań m.in. z zakresu energetyki i OZE, w tym energii geotermalnej, dla której projekty moŝna dostosować do róŝnej tematyki ujętej w tym Programie. Powołanie European Geothermal Technology Platform (czerwiec 2009 r., EGEC, Bruksela) jako jednej z europejskich platform technologicznych OZE. Platforma ma na celu określanie priorytetów badań i prac B+R w dziedzinie geotermii, które doprowadzą do jej rozwoju w stopniu odzwierciedlonym znaczącym udziałem w 20 procentowym celu indykatywnym UE dla OZE w bilansie energetycznym w 2020 r. 7. Funkcjonują takŝe róŝne programy finansowego wsparcia OZE (w tym adresowane częściowo do geotermii) ze strony UE i poszczególnych krajów. Na lata głównym instrumentem unijnym jest Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, zawierający m.in. kilka osi priorytetowych dotyczących energii, w tym OZE.

6 Energia geotermalna to energia bez ograniczeń Energia geotermalna stanowi w wielu krajach jedno z najbardziej perspektywicznych odnawialnych źródeł energii. Udoskonalane są istniejące i rozwijane nowe technologie, np. pompy ciepła, systemy binarne, wspomagane systemy geotermalne. Doświadczenia wskazują, Ŝe stosowanie energii geotermalnej przynosi jedne z najbardziej znaczących w obszarze wszystkich OZE efekty ekologiczne, łączy się z komfortem uŝytkowania, nowoczesną infrastrukturą i powinno jako lokalne źródła energii być konkurencyjne cenowo oraz mało wraŝliwe na zmiany cen tradycyjnych nośników energii na rynkach światowych. W przeciwieństwie do innych OZE energia geotermalna jest dostępna bez ograniczeń cały rok, niezaleŝnie od zmiennych warunków klimatycznych i pogodowych. Cechuje się najwyŝszymi wśród OZE współczynnikami wykorzystania mocy i czasu pracy w ciągu roku (nawet powyŝej 7080%), stąd teŝ moŝe i powinna pełnić funkcję źródła pokrywającego bazowe zapotrzebowanie na moc i energię (a nie tylko jako źródła szczytowego). Geotermia przyczynia się do realizacji zrównowaŝonych strategii energetycznych, zmniejsza uzaleŝnienie od importowanych paliw, zwiększając zatem bezpieczeństwo energetyczne. Będzie temu słuŝyć wzrost wykorzystywania energii geotermalnej w wielu krajach. Źródła 1. Hurter, S., Haenel, R. (eds.): Atlas of geothermal resources in Europe. Office for the Official Publications of the European Communities. Luxemburg Lund J., Freeston D.H., Boyd T.: World wide direct uses of geothermal energy Proceedings of the World Geothermal Congress. Turkey Bertani R.: World geothermal generation : State of the art. Proceedings of the World Geothermal Congress. Turkey Sparacino M., Camussi M., Colombo M., Carella R., Sommaruga C.: The world s largest geothermal district heating using ground water under construction in Milan (Italy): an unified heat pump project. Proceedings of the European Geothermal Congress. Germany, Knapek E., Kittl G.: Unterhaching Power Plant and Overall System. Proceedings of the European Geothermal Congress. Germany Antics M., Sanner B.: Status of geothermal energy use and resources in Europe. Proceedings of the European Geothermal Congress 2007.Unterhaching, Germany The Kistelek Declaration. April 2005 ( The Brussels Declaration. February 2009 ( 12. Directive of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources. Presented by the Commission. 2008/0016. Brussels