Projekt Unii Europejskiej TransGeoTherm Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy. Projekt pilotażowy Midterm-Meeting w dniu 24.09.2013 w Görlitz Geotermia w Saksonii Dipl. Geoökol. Karina Hofmann 1. Krótki zarys na temat energii geotermalnej w Saksonii Zasoby geotermalne nabierają coraz większego znaczenia pośród energii odnawialnych. Posiadają one również w Saksonii, przy obecnej sytuacji surowcowej i energetycznej, duży potencjał jako ekologiczne źródło energii. Ze względu na budowę geologiczną i powszechnie występujące zamknięte już kopalnie, istnieją w Saksonii możliwości wykorzystania w zakresie płytkiej i głębokiej geotermii oraz geotermii wód kopalnianych (rys. 1). Rysunek 1: Przegląd możliwości wykorzystania geotermii w Saksonii.
Geotermia z wód kopalnianych wykorzystywana jest w Saksonii w ok. 10 miejscach. Woda kopalniana pochodząca z wcześniejszych aktywności górniczych, jest wykorzystana np. do ogrzewania krytej pływalni w Marienberg, gimnazjum w Ehrenfriedersdorf lub częściowo jako klimatyzacja zamku Freudenstein we Freibergu. Biorąc pod uwagę warunki geologiczne w Saksonii planuje się wykonanie innowacyjnego programu w celu rozwoju głębokiej energii geotermalnej. W celu przeprowadzenia wstępnych prac geologicznych dot. petrotermalnego projektu głębokiej geotermii do wytwarzania energii elektrycznej w Saksonii, została utworzona w roku 2009 grupa badawcza. Celem tej współpracy jest wzajemna wymiana naukowych i praktycznych doświadczeń oraz wiedzy partnerów w dziedzinie głębokiej energii geotermalnej. Dla trzech priorytetowych obszarów w Saksonii, istniejące dane geologiczne, petrofizyczne i termiczne, zostały zebrane, kompleksowo przeanalizowane i zwizualizowane na modelach 3D. Możliwość wytwarzania energii elektrycznej przy pomocy otworów do głębokości 5 km w petrotermalnej elektrowni zasadniczo występuje ze względów geologicznych we wszystkich trzech rozpatrywanych obszarach. W porównaniu do obszarów priorytetowych: strefa Łaby (Elbezone) i Freiberg, obszar Aue-Schneeberg posiada najlepsze warunki do ustanowienia petrotermalnego projektu głębokiej geotermii. Obecnie jest opracowywany wniosek dla wykonania pierwszego odwiertu badawczego w Schneeberg. Płytka geotermia jest pozyskiwana w Saksonii głównie poprzez sondy gruntowe, studnie i kolektory gruntowe. Obecnie w Saksonii przy użyciu płytkiej geotermii działa ok. 9963 instalacji cieplnych o łącznej mocy cieplnej ok. 118 MW (patrz rys. 2). Dzięki temu np. budynki mieszkalne, kompleksy biurowe, baseny i tereny przemysłowe są ogrzewane, wzgl. zaopatrzone w ciepłą wodę lub schładzane. Szczególnie w przypadku dużych zakładów przemysłowych systemy chłodzenia za pomocą geotermii znajdują coraz większe zastosowanie.
Rysunek 2: Instalacje geotermalne w Saksonii. W celu wsparcia wykorzystania geotermii w Saksonii został opracowany Atlas Geotermalny (GTK 50). Opracowanie Atlasu Geotermalnego następuje według istniejących arkuszy map w skali 1:50.000. Modelowanie danych hydrogeologicznych wykonywane jest w Saksonii przez zewnętrzne geologiczne biura inżynierskie oraz w ramach przeprowadzanego kartowania przez Krajowy Urząd ds. Środowiska, Rolnictwa i Geologii. W obszarze transgranicznym sąsiadującym z Polską, zostanie po raz pierwszy wykonany model hydrogeologiczny oraz atlas geotermalny w ramach projektu unijnego TransGeoTherm (rys. 2, zacieniony obszar). Opracowanie to zostanie wykonane wspólnie przez służby geologiczne w Polsce i w Saksonii. 2. Atlas geotermalny dla obszaru Saksonii Baza danych geologicznych atlasu geotermalnego przedstawia mapę podstawową kartowania hydrogeologicznego. Najpierw modelowane są ciała hydrogeologiczne 3D na podstawie obszernej w Saksonii bazy danych otworowych oraz map. Po utworzeniu ciał 3D, na podstawie zbioru danych otworowych i istniejących map, w następnym etapie zostaną włączone do interpolacji przewodności cieplnej dla siatek (gridów) te otwory, na podstawie których utworzono ciało hydrogeologiczne. Na modelu, dla tych samych pod względem petrograficznym skał, zostaną przypisane wartości przewodności cieplnej do istniejących otworów. Za pomocą interpolacji i dalszych obliczeń z użyciem specjalnie zaprogramowanego rozszerzenia GIS powstaje model przewodnictwa cieplnego (rys. 3).
Rysunek 3: Etapy tworzenia map geotermalnych W ostatnim etapie zostaje obliczony specyficzny wpółczynnik mocy cieplnej w watach na metr dla 4 różnych poziomów głębokości i dla dwóch możliwych rocznych godzin pracy pompy ciepła. W wyniku powstają mapy geotermicznego współczynnika mocy cieplnej składające się na atlas geotermalny. Jest on dostępny w postaci map interaktywnych na stronie internetowej LfULG (rys. 4). Rysunek 4: Mapa geotermicznego współczynnika mocy cieplnej. Zbiór map seryjnych umożliwia dla standardowego domu jednorodzinnego w Saksonii ustalenie specyficznego współczynnika mocy cieplnej w watach na metr dla czterech różnych głębokości (40 m, 70 m, 100 m, 130 m) i dwóch różnych rocznych godzin pracy dla pompy ciepła (ogrzewanie = 1800h lub ogrzewanie i ciepła woda = 2400h). Wynik przedstawia możliwy średni geotermiczny współczynnik mocy cieplnej skał, który można uzyskać dzięki sondzie gruntowej na całej jej głębokości pionowej.
Wykorzystanie mapy geotermalnej zostało przedstawione na rysunku 5, w oparciu o przykład obliczeniowy. Na podstawie mapy GTK 50 dla danego miejsca został odczytany specyficzny współczynnik mocy cieplnej w watach na metr (W/m). Na podstawie legendy ustala się specyficzny współczynnik mocy cieplnej w W/m i mnoży jego wartość przez odpowiednią długość odwiertu. W podanym przykładzie możnaby za pomocą sześciu 40-sto metrowych otworów lub za pomocą dwóch 130-sto metrowych otworów uzyskać wymagane zapotrzebowanie cieplne w wysokości 12 kw (rys. 5). Rysunek 5: Przykład wyznaczania (sumarycznego) współczynnika mocy cieplnej. Atlas geotermalny służy wstępnemu planowaniu i oszacowaniu dla potrzeb małych sond geotermalnych (< 30 kw mocy grzewczej). Należy szczególnie unikać nad- lub niedowymiarowania instalacji systemów geotermalnych, a tym samym przeciwdziałania negatywnym skutkom na środowisko, zwłaszcza na wody podziemne oraz podłoże. Atlas geotermalny pozwala uzyskać jedynie orientację nt możliwego geotermicznego współczynnika mocy cieplnej dla potrzeb energii geotermalnej. Staranne planowanie i konkretne obliczenia rentowności dla poszczególnych projektów są dzięki temu wspomagane, jednakże w żadnym wypadku nie powinny one być przez to zastąpione. Również budowa instalacji systemów geotermalnych jedynie przez wykwalifikowaną firmę gwarantuje zapewnienie odpowiedniej jakości. 3. Podsumowanie Saksonia posiada dobry potencjał geotermiczny, który jest już wykorzystywany w różnych formach. Pozyskiwanie zrównoważonych form energii odbywa się głównie poprzez sondy gruntowe, studnie i kolektory ziemne i służy głównie do ogrzewania i chłodzenia budynków. Rozwój energii geotermalnej w Saksonii należy do zdeklarowanych celów polityki klimatycznej w Saksonii. W związku z tym, Wolne Państwo Saksonia wspiera badania nad energią geotermalną i rozwój, szczególnie w utworzeniu petrotermalnej, głębokiej elektrowni geotermalnej, jak również w wykorzystaniu wód kopalnianych na przykładzie Zachodniosaksońskiej Szkoły Wyższej w Zwickau (Ćwików).
Ponadto, płytka geotermia powinna być promowana np. przez ogłoszenia i informacje o potencjalnych zagrożeniach, poprzez zapewnienie dostępu do map (atlas geotermalny) oraz wdrażanie fachowych standardów w celu zapewnienia jakości podczas budowy instalacji