POTENCJAŁ I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA ZASOBÓW GEOTERMALNYCH W POLSCE WSPIERANIE PRZEZ PIG PIB ROZWOJU GEOTERMII W POLSCE

Transkrypt

1 POTENCJAŁ I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA ZASOBÓW GEOTERMALNYCH W POLSCE WSPIERANIE PRZEZ PIG PIB ROZWOJU GEOTERMII W POLSCE ANDRZEJ GĄSIEWICZ, ADAM WÓJCICKI MARIUSZ SOCHA, GRZEGORZ RYŻYŃSKI EDYTA MAJER

2 DANE GEOLOGICZNE 20 BAZ DANYCH; OTWORÓW WIERTNICZYCH

3 DOŚWIADCZENIE WARUNKI GEOTERMICZNE KRAJU Mapa powstała w oparciu o dane pochodzące z otworów wiertniczych wykonanych przez ch w drugiej połowie XX w. Najlepsze możliwości rozwoju energetyki geotermalnej występują na obszarach o wysokiej wartości strumienia cieplnego i dobrych warunkach hydrogeologicznych. WARTOŚCI GĘSTOŚCI STRUMIENIA CIEPLNEGO ZIEMI SZEWCZYK GIENTKA 2009

4 MOŻLIWOŚCI POZYSKANIA CIEPŁA Z ZIEMI TYPY SYSTEMÓW GEOTERMALNYCH

5 GEOTERMIA WYSOKOTEMPERATUROWA HDR (Hot Dry Rocks) WYKORZYSTANIE CIEPŁA SUCHYCH, GORĄCYCH SKAŁ

6

7 DANE GEOLOGICZNE 1268 OTWORÓW WIERTNICZYCH GŁĘBOKOŚĆ >3 KM; WG CBDG MAPA ROZKŁAD TEMPERATURY W POLSCE NA GŁĘBOKOŚCI 3 KM WG SZEWCZYK 2010

8 DOŚWIADCZENIE ROZPOZNANIE REGIONALNE, WYBÓR LOKALIZACJI WYNIKI W OPARCIU O PUBLIKACJE

9 DOŚWIADCZENIE ROZPOZNANIE REGIONALNE, WYBÓR LOKALIZACJI 2 1. Monoklina Przedsudecka rejon Gorzowa Wielkopolskiego: wulkanity dolnopermskie (trachyandezyty?) 2. Kraton wschodnioeuropejski obszar Wigier 3. Masyw Karkonoski rejon Szklarskiej Poręby (nowy, płytki otwór Czerwony Potok): górnokarbońskie granity plutonu Karkonoszy (8-9 km miąższości?) 4. Kraton wschodnioeuropejski obszar Lubelszczyzny (rejon Busówno- Krowie Bagno): eokambryjskie intruzje, wizeńskie dajki (bazalty i diabazy?) 5. Polska centralna, rejon Krośniewic skały osadowe triasu i starsze (przykładowy rejon) Mapa gęstości strumienia cieplnego dla obszaru Polski wg. J. Szewczyka, skorygowana M..Wróblewska

10 REKOMENDACJE DLA INSTALACJI SYSTEMU EGS LOKALIZACJA 3 NOWY OTWÓR CZERWONY POTOK GŁĘBOKOŚĆ 4,5 km, TEMPERATURA 165 C MOC ELEKTRYCZNA 1,2 1,3 MW LICZBA INSTALACJI 20 DUBLETÓW EGS ZA WÓJCICKI, SOWIŻDŻAŁ, BUJAKOWSKI 2013

11 REKOMENDACJE DLA INSTALACJI SYSTEMU EGS LOKALIZACJA 1 LOK. DĘBNO GŁĘBOKOŚĆ 4,3 km, TEMPERATURA 153 C MOC ELEKTRYCZNA OD 1,11 MW DO 0,95 MW (0,66 MW) PO 50 LATACH LICZBA INSTALACJI 500 DUBLETÓW EGS ZA WÓJCICKI, SOWIŻDŻAŁ, BUJAKOWSKI 2013

12 REKOMENDACJE DLA INSTALACJI SYSTEMU EGS LOKALIZACJA 5 ISTNIEJĄCY OTWÓR KROŚNIEWICE IG-1 głębokość 5,4 km, temperatura 179 C 5 MOC ELEKTRYCZNA OD 1,7 MW DO 12,2 MW PO 50 LATACH LICZBA INSTALACJI 2000 DUBLETÓW EGS ZA WÓJCICKI, SOWIŻDŻAŁ, BUJAKOWSKI 2013

13 PROPOZYCJE DLA ROZWOJU WYKONANIE POLITAŻOWEJ INSTALACJI GEOTERMICZNEJ: LOKALIZACJA 1: KARKONOSZE CZERWONY POTOK LOKALIZACJA 2: BLOK GORZOWA DĘBNO WYKONANIE BADAŃ: GEOFIZYCZNYCH WIERTNICZYCH (GŁĘBOKIE OTWORY) PRÓBEK RDZENI NADZÓR NAUKOWY WSPÓLPRACA Z AGH KOORDYNACJA PRAC

14 GEOTERMIA ŚREDNIOTEMPERATUROWA

15

16 Wody zwykłe Wody zaliczone do kopalin WYKORZYSTANIE WÓD PODZIEMNYCH ZALICZONYCH DO KOPALIN = NOWOCZESNA GOSPODARKA WODY PODZIEMNE = PODSTAWA GOSPODARKI

17 WODY PODZIEMNE W SYSTEMIE PRAWNYM Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz. U nr 115 poz. 1229) Wody zwykłe Wody podziemne Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U poz. 196 ze zm.) Wody podziemne zaliczone do kopalin Art Kopalinami nie są wody, z wyjątkiem wód leczniczych, wód termalnych i solanek. 2. Wodą: 1) leczniczą jest woda podziemna, która pod względem chemicznym i mikrobiologicznym nie jest zanieczyszczona, cechuje się naturalną zmiennością cech fizycznych i chemicznych, o zawartości: 2) termalną jest woda podziemna, która na wypływie z ujęcia ma temperaturę nie mniejszą niż 20 C. 3. Solanką jest woda podziemna o zawartości rozpuszczonych składników mineralnych stałych, nie mniejszej niż 35 g/dm 3.

18 DANE GEOLOGICZNE DOKUMENTACJE HYDROGEOLOGICZNE I OTWORY Państwowa Służba Hydrogeologiczna Samodzielna Sekcja Wód Leczniczych i Termalnych Państwowy Instytut Geologiczny - PIB Państwowa Służba Geologiczna Bilans zasobów złóż wód leczniczych i termalnych Bank Danych Wód Podziemnych Zaliczonych do Kopalin (Bank Mineralne) Aktualnie w Banku jest 2061 obiektów, w których stwierdzono występowanie wód podziemnych zaliczonych do kopalin, w tym wód termalnych

19 DANE GEOLOGICZNE ATLASY GEOTERMALNE Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim (mezozoik)(górecki [red. nauk] i in., 2006) Atlas zbiorników wód geotermalnych Małopolski (Bujakowski i in., 2006) Atlas zasobów wód i energii geotermalnej Karpat Zachodnich (Górecki [red. nauk] i in., 2011) Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim(paleozoik) (Górecki [red. nauk] i in., 2006) Atlas zasobów energii geotermalnej w regionie śląskim (Solik-Heliasz i in., 2009) Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego (Górecki [red. nauk] i in., 2012) Atlas geotermalny Karpat Wschodnich (Górecki [red. nauk] i in., 2013) Mapa zagospodarowania wód zaliczonych do kopalin w Polsce (Felter i in. 2015)

20 DOŚWIADCZENIE ZASOBY WÓD TERMALNYCH W POLSCE STAN NA R. Wody termalne 37 złóż Wody lecznicze, termalne 17 złóż Wody termalne 4 011,4 m 3 /h Wody lecznicze, termalne 472,8 m 3 /h (Skrzypczyk, Sokołowski, 2015) Łączne zasoby eksploatacyjne poszczególnych ujęć wynoszą 4 484,2 m 3 /h

21 DOŚWIADCZENIE ZASOBY ENERGII WÓD TERMALNYCH W POLSCE 1,5-2,5 % ZASOBÓW DYSPOZYCYJNYCH, INSTALACJI GEOTERMALNYCH, 500 TJ CIEPŁA KAŻDA INSTALACJA /ROK Hajto, 2013 Górecki, Sowiżdżał, Hajto, 2014

22 DOŚWIADCZENIE EKSPLOATACJA WÓD TERMALNYCH W POLSCE - STAN NA R. Wody termalne (12 złóż) ,00 m 3 ŁĄCZNY POBÓR WÓD TERMALNYCH WYNOSIŁ ,00 M 3 Wody lecznicze, termalne (11 złóż) ,00 m 3 CO STANOWI 25% ILOŚCI ZATWIERDZONYCH ZASOBÓW EKSPLOATACYJNYCH (Skrzypczyk, Sokołowski, 2015)

23 ZAGOSPODAROWANIE WÓD TERMALNYCH DOŚWIADCZENIE 6 ciepłowni geotermalnych Zasoby eksploatacyjne ciepłowni geotermalnych wynoszą 1870 m 3 /h. Pobór wody na potrzeby ciepłowni w 2014 r. wynosił m 3, co stanowiło 85% całkowitego poboru wód termalnych w kraju. 17 geotermalnych ośrodków rekreacyjnych 12 uzdrowisk geotermalnych (Skrzypczyk, Sokołowski, 2015)

24 DOŚWIADCZENIE ZMIANY ZASOBÓW EKSPLOATACYJNYCH I POBORU WÓD TERMALNYCH W POLSCE (W LATACH ) (Skrzypczyk, Sokołowski, 2015)

25 Wysokie nakłady początkowe BARIERY ROZWOJU GEOTERMIA TO PRZEDSIĘWZIĘCIE BIZNESOWE OBARCZONE RYZYKIEM INWESTYCYJNYM I WYSOKIMI NAKŁADAMI POCZĄTKOWYMI Czynniki zależne od warunków hydrogeotermalnych Czynniki zależne od sposobu obciążenia instalacji Czynniki zależne od makrootoczenia Temperatura wód Czas wykorzystania pełnej mocy cieplnej ujęcia Koszt produkcji ciepła metodami konwencjonalnymi Głębokość zalegania warstwy wodonośnej Stopień schłodzenia wód termalnych Poziom stóp procentowych kredytów inwestycyjnych Wydajność eksploatacyjna Odległość otworów wiertniczych od odbiorców ciepła Polityka proekologiczna państwa Skład chemiczny, mineralizacja wód Koncentracja zapotrzebowania na ciepło na obszarze odbioru Wysokość środków finansowych przeznaczonych na badania naukowe i promocję geotermii Efektywność ekonomiczna instalacji geotermalnej

26 BARIERY ROZWOJU DROGA ENERGIA GEOTERMALNA TO SZKODLIWY MIT! 3,5 5kg kg SO 2 NO x 2,6 tony CO 2 EFEKT EKOLOGICZNY 20 kg CO 3 kg pyłu Geotermia GEOTERMIA PODHALAŃSKA 1 tona węgla Poprawa stanu środowiska, wzrost ruchu turystycznego Samorządy powinny być głównymi beneficjentami wsparcia finansowego na wykorzystanie potencjału wód termalnych Gospodarka regionu rozwój handlu i usług, wzrost zamożności mieszkańców

27 PROPOZYCJE DLA ROZWOJU 1. NADZÓR GEOLOGICZNY Udział zespołów złożonych z praktyków i naukowców w trakcie wierceń i eksploatacji ujęć termalnych w celu gromadzenia doświadczeń i optymalizacji stosowanych rozwiązań (w szczególności przy inwestycjach współfinansowanych ze środków publicznych) 2. ATLAS GEOTERMALNY SUDETÓW Opracowanie projektu zawierającego dokumentację typu inne, dla perspektywicznych obszarów Sudetów i bloku przedsudeckiego wraz z podsumowaniem w formie Atlasu Geotermalnego Sudetów 3. UDOSTĘPNIANIE DANYCH ON-LINE Budowa systemu internetowego udostępniania map parametrów zbiorników wód termalnych i bilansu zasobów (statycznych i dyspozycyjnych) - cyklicznie aktualizowanych 4. OPTYMALNA LOKALIZACJA Stworzenie mechanizmów i zasad optymalizacji lokalizacji instalacji geotermalnych - analizy konfliktu interesów oraz szacowanie zasobów wydobywalnych i eksploatacyjnych dla regionów (model pokrywy osadowej 3D)

28 PROPOZYCJE DLA ROZWOJU 5. WERYFIKACJA PROJEKTÓW INSTALACJI GEOTERMALNYCH Utworzenie zespołu oraz opracowanie procedur oceny projektów instalacji geotermalnych pod kątem: optymalizacji lokalizacji, racjonalnego wykorzystania zasobów ciepła, unikania konfliktu interesów, szacowania ryzyka geologicznego i ekonomicznego (procedura współfinansowana przez oferenta). 6. FUNDUSZ GWARANCYJNY Utworzenie funduszu gwarancyjnego obniżającego ryzyko inwestycje w projektach geotermalnych. W przypadku wystąpienia przeszkód naturalnych (np. nieodpowiednie parametry złożowe, tektonika itp.) uniemożliwiających kontynuację inwestycji fundusz gwarancyjny wypłacałby rekompensatę poniesionych kosztów. Objęcie zabezpieczeniem byłoby warunkowe na podstawie rekomendacji przedsięwzięcia przez zespół oceny projektów instalacji geotermalnych. 7. WYKORZYSTANIE STARYCH OTWORÓW BADAWCZYCH Ocena przydatności do rekonstrukcji i wykorzystania starych otworów badawczych i poszukiwawczych wykonanych głównie przez Państwowy Instytut Geologiczny w oparciu o doświadczenia Uniejowa, Mszczonowa, Maruszy, Swarzędza i wielu innych.

29 GEOTERMIA NISKOTEMPERATUROWA

30

31 ZALETY GEOTERMII NISKOTEMPERATUROWEJ: energia dostępna 24 h / 365 dni (stabilne źródło ciepła i chłodu) dostępna wszędzie (płytka geotermia), niskoemisyjna doskonała do ogrzewania i chłodzenia budowli atrakcyjna rynkowo (krótki czas zwrotu inwestycji) komponenty technologii są sprawdzone i przetestowane można je łączyć z innymi źródłami energii (np. kolektorami słonecznymi, ogniwami fotowoltaicznymi, turbinami wiatrowymi etc..) oferuje możliwość magazynowania energii w gruncie (UTES/ATES) GEOTERMIA NISKOTEMPERATUROWA DLA ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU MIAST Wzrost zapotrzebowania na energię na cele ogrzewania i chłodzenia związany z dynamicznym rozwojem miast Kierunek rozwoju w stronę samowystarczalności miast Planowanie przestrzenne powinno uwzględniać zapotrzebowanie na energię Konieczne jest kompleksowe podejście do tematu od skali pojedynczego budynku do skali całego miasta Source: RHC (ETP)

32 PŁYTKA GEOTERMIA W EUROPIE 330 MW Zainstalowana moc cieplna z systemów płytkiej geotermii w Europie (dane na rok 2012) wg materiałów z Europejskiego Kongresu Geotermalnego (Piza, Włochy 2013 r.)

33 CZY GEOLOGIA MA ZNACZENIE? WPŁYW WARUNKÓW GEOLOGICZNYCH NA WYDAJNOŚĆ INSTALACJI BUDYNEK JEDNORODZINNY Powierzchnia użytkowa: > 200 m 2 Zapotrzebowanie na moc grzewczą: > 10 kw Instalacja geotermalna: 2 sondy pionowe w otworach wiertniczych o głębokości 100 m Liczba rocznych godzin pracy instalacji: > 1800 GEOTERMALNE SYSTEMY ZAMKNIĘTE INSTALACJE PIONOWE W OTWORZE WIERTNICZYM średnica odwiertu mm głębokość odwiertów - średnio m średnica instalacji mm współczynnik mocy cieplnej - średnio W/m

34 CZY GEOLOGIA MA ZNACZENIE? WPŁYW WARUNKÓW GEOLOGICZNYCH NA WYDAJNOŚĆ INSTALACJI BUDYNEK JEDNORODZINNY Powierzchnia użytkowa: > 200 m 2 Zapotrzebowanie na moc grzewczą: > 10 kw Instalacja geotermalna: 2 sondy pionowe w otworach wiertniczych o głębokości 100 m Liczba rocznych godzin pracy instalacji: > 1800 GEOTERMALNE SYSTEMY ZAMKNIĘTE INSTALACJE PIONOWE W OTWORZE WIERTNICZYM średnica odwiertu mm głębokość odwiertów - średnio m średnica instalacji mm współczynnik mocy cieplnej - średnio W/m

35 CELE OPRACOWANIA MAP POTENCJAŁU PŁYTKIEJ GEOTERMII? 1. MPPG służą oszacowaniu warunków podłoża skalnego pod kątem ich technicznej przydatności dla montażu GPC jak również w celu identyfikacji barier i ograniczeń wynikających np. z istniejącej infrastruktury lub przepisów formalno-prawnych. 2. MPPG stanową istotną pomoc dla: podmiotów gospodarczych i inwestorów indywidualnych wstępnie szacujących efektywność GPC, dla organów administracji geologicznej w podejmowaniu decyzji urzędowych dotyczących projektów geologicznych sporządzonych w celu wykorzystania ciepła Ziemi oraz, dla władz samorządowych w tworzeniu lokalnych strategii rozwoju odnawialnych źródeł energii bądź planów ograniczania niskiej emisji.

36 NAJWAŻNIEJSZY POWÓD DLA UPOWSZECHNIENIA WIEDZY O PŁYTKIEJ GEOTERMII I PROMOCJI INSTALACJI GRUNTOWYCH POMP CIEPŁA: ZANIECZYSZCZONE POWIETRZE WSKUTEK MASOWEGO STOSOWANIA PIECÓW WĘGLOWYCH DO CELÓW GRZEWCZYCH!!!!!!!!! Można znacznie poprawić sytuację poprzez informowanie społeczeństwa o możliwościach zastosowania gruntowych pomp ciepła i zwiększenie finansowego wsparcia przez państwo ich instalacji (również wsparcie dla administracji geologicznej)

37 MAPY GEOTERMALNE INFORMACJA GEOLOGICZNA

38 MAPY GEOTERMALNE INFORMACJA GEOLOGICZNA

39 WYKORZYSTANIE MAPY GEOTERMALNEJ PLANOWANIE INWESTYCJI Kalkulacja ilości i głębokości otworów wiertniczych dla instalacji geotermalnej Przykład zastosowania: Dom jednorodzinny, 12 kw zapotrzebowania mocy, tylko do ogrzewania 130 metrów Odczyt wskaźnika mocy cieplnej Legenda: Legende Wskaźnik mocy cieplnej w watach na metr Entzugsleistung [W/m] do głębokości in W/m für metrów Bietriebsstunden i roboczogodzin rocznie pracy pompy ciepła <VALUE> < <=40 40,0-42,5 42,5-45,0 45,0-47,5 47,5-50,0 50,0-52,5 52,5-55,0 55,0-57,5 57,5-60,0 >60,0 X 130 m = W = 6,5... 6,8 kw wg. materiałów projektu Trans GeoTherm Wynik: do wykonania 2 wiercenia na głębokość 130 m 12 kw 6,5 kw = 1,8

40 WYKORZYSTANIE MAPY GEOTERMALNEJ PROJEKTOWANIE DOLNEGO ŹRÓDŁA CIEPŁA 40 m Legenda Średnia przewodność cieplna w watach na metr i kelwin (W/m K) do głębokości 40 m λ w W/m K 130 m Legenda Średnia przewodność cieplna w watach na metr i kelwin (W/m K) do głębokości 130 m wg. materiałów projektu Trans GeoTherm

41 OKREŚLANIE PARAMETRÓW TERMICZNYCH SKAŁ I GRUNTÓW NA POTRZEBY MAP POTENCJAŁU ENERGII GEOTERMALNEJ APARATURA BADAWCZA Wyznaczanie przewodności cieplnej w warunkach naturalnych (in-situ) i w laboratorium Igła termiczna Sonda typu half-space probe SONDA TRT thermal response test

42 ZALECENIA DLA INSTALACJI GWC BEZ ZAGROŻENIA DLA JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH USTANOWIENIE OBSZARÓW OCHRONNYCH GZWP wyłączenie z możliwości budowy instalacji GWC w części zbiornika zagrożonej migracją zanieczyszczeń USTANOWIENIE STREF OCHRONNYCH UJĘĆ zakaz budowy instalacji GWC ZAOSTRZENIE PRZEPISÓW REGULUJĄCYCH NADZÓR I WYKONANIE INSTALACJI GPC zatwierdzanie projektu wykonania instalacji GWC nadzór administracji geologicznej odbiór sporządzonej dokumentacji powykonawczej odpowiedzialność za zanieczyszczenie wód podziemnych w wyniku utworzenia kontaktów hydraulicznych nieszczelnymi otworami instalacji GWC

43 PROPOZYCJE DLA ROZWOJU MAPY POTENCJAŁU GEOTRMALNEGO dla obszarów zurbanizowanych kraju oraz regionów pozamiejskich w celu wsparcia władz lokalnych w realizacji planów gospodarki niskoemisyjnej oraz jako narzędzie planistyczne w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii OPTYMALIZACJA KOSZTÓW niskotemperaturowych instalacji geotermalnych i zmniejszenie czasu zwrotu inwestycji a co za tym idzie zwiększenie ich efektywności energetycznej i wpływu na ekologię środowiska BAZA DANYCH wykonanych systemów płytkiej geotermii (obecne uwarunkowania prawne nie są dostosowane do gromadzenia informacji geologicznej dotyczącej geotermii niskotemperaturowej) co pozwoli na ich kontrolę, unikanie zagrożeń geośrodowiskowych oraz konfliktów z infrastrukturą miejską

44 PROPOZYCJE DLA ROZWOJU INWENTARYZACJA INSTALACJI GWC wraz waloryzacją potencjalnego zagrożenia dla jakości wód podziemnych ze szczególnym uwzględnieniem użytkowych poziomów wodonośnych UDOSTĘPNIANIE INFORMACJI o projektowanych obszarach ochronnych zbiorników wód podziemnych i obowiązujących strefach ochrony pośredniej ujęć wód podziemnych jako terenów wymagających ograniczenia bądź wyłączenia z możliwości budowy instalacji GWC w części zagrożonej potencjalną migracją zanieczyszczeń. WSPARCIE MERYTORYCZNE dla inwestorów i wykonawców instalacji GWC oraz dla administracji geologicznej w procesie nadzoru i opiniowania. KORZYSTANIE Z DOŚWIADCZEŃ ZAGRANICZNYCH krajów gdzie geotermia niskotemperaturowa jest rozwinięta

45 EFEKT WSPARCIA ROZWOJU GEOTERMII ZWIĘKSZENIE DANYCH WZROST DOŚWIADCZENIA WZROST LICZBY INSTALACJI REDUKCJA KOSZTÓW

46 WSPÓŁPRACA DLA ROZWOJU GEOTERMII

47 DZIĘKUJEMY