1,2,3 NA GEOTERMIĘ STAWIASZ TY! B. Igliński, R. Buczkowski Zakład Chemicznych Procesów Proekologicznych, Wydział Chemii UMK, Toruń Wprowadzenie Ciepłownie geotermalne w Polsce W połowie lat osiemdziesiątych XX wieku rozpoczęto prace badawcze i wdrożeniowe nad zagospodarowaniem energii geotermalnej w ciepłownictwie: do ogrzewania pomieszczeń, a na skalę półtechniczną także w rolnictwie i hodowli ryb. Doprowadziły one do uruchomienia geotermalnych zakładów ciepłowniczych w Bańskiej Niżnej, Pyrzycach, Uniejowie, Mszczonowie (Fig. 3) i Stargardzie Szczecińskim. Obecnie zakład w Stargardzie z powodu problemów ekonomicznych nie pracuje. Figure. 3. Ciepłownie geotermalne w Polsce 3.1. Bańska Niżna (Geotermia Podhalańska) Ciepłe źródło w pobliżu Zakopanego, którego wody o temperaturze 20ºC wykorzystywano w basenie kąpielowym, znane było już w XIX wieku [1]. Pierwszy głęboki otwór badawczy powstał w Zakopanem w 1963 r., zaś w latach 1970-80 wykonano kilka odwiertów w pobliżu Tatr. Przełomowym krokiem dla rozwoju geotermii na Podhalu było wykonanie w 1981 r. otworu Bańska-1 o końcowej głębokości 5263 m. Natężenie wypływu 1
artezyjskiego wynosiło 60 m 3 /h, temperatura wody 72ºC, mineralizacja ogólna 3 g/dm 3, statyczne ciśnienie głowicowe 2,7 MPa [2]. W roku 2001 zakończono budowę magistrali ciepłowniczej Bańska Niżna-Zakopane oraz uruchomiono ciepłownie geotermalną w Bańskiej, dzięki czemu zlikwidowana została w Zakopanym ostatnia kotłownia opalana koksem. W 2001 roku rozpoczęto również budowę Parku Wodnego w Zakopanem, zaś w 2004 roku zaczęto dostarczać ciepło do pierwszego otwartego basenu kąpielowego na Polanie Szymoszkowej [4-6]. W tabeli 1 przedstawiono najważniejsze dane dotyczące odwiertów geotermalnych eksploatowanych do celów ciepłowniczych Podhala [1]. Otwór wydobywczy Bańska IG-1 (fot. B. Igliński) Wody ujmowane otworami Bańska PGP-1 i Bańska IG-1 (Fig. 4) należą do wód siarczanowochlorkowo-sodowo-wapniowych. Wody termalne wydobywane są na powierzchnię bez użycia pomp, następnie kierowane do wymienników płytowych. W wymiennikach tych woda termalna oddaje ciepło wodzie sieciowej, która znajduje się w niezależnym obiegu. Schłodzona woda termalna wędruje rurociągiem do stacji pomp, gdzie następnie jest zatłaczana do horyzontu wodonośnego (Fig. 5). Szacowana moc źródła geotermalnego wynosi 15,5 MWt [3-8]. Źródło geotermalne jest uzupełniane źródłem szczytowym, w skład którego wchodzą dwa kotły gazowe z ekonomizerami (każdy o mocy 10 MWt), kocioł gazowo-olejowy o mocy 15 MWt oraz trzy agregaty gazowe, kogeneracyjne o łącznej mocy 2,1 MWt. Sumaryczna moc źródła szczytowego wnosi 39,1 MWt [3-8]. Wykorzystanie wód geotermalnych na cele balneologiczne i rekreacyjne w Polsce Wody geotermalne wykorzystuje się w Polsce na cele balneologiczne już od kilku wieków, a w ostatnich latach budowane są baseny termalne zwane potocznie termami. 2
Aktualnie, ciepłe wody geotermalne wykorzystywane są w siedmiu uzdrowiskach i siedmiu termach /basenach (Fig. 10), które są zlokalizowane w centrum i na południu Polski. Figure 10. Uzdrowiska (kwadraty) i termy : (koła) wykorzystujące wodę geotermalną w Polsce 4.1. Uzdrowiska wykorzystujące wodę geotermalną w Polsce Tradycje wykorzystywania wód podziemnych w Polsce do celów leczniczych sięgają XI w. kiedy to żona króla Władysława Hermana leczyła dolegliwości stosując gorące kąpiele w Inowłodzu nad Pilicą. Z roku 1281 pochodzi akt nadania zakonowi Joannitów ze Strzegomia prawa użytkowania źródeł wód mineralnych w Cieplicach i Lądku. Uzdrowisko w Cieplicach rozpoczęło działalność kilka lat później, by w XVI w. stać się znanym europejskim kurortem. W XVII w. leczyła tam swe dolegliwości królowa Maria Kazimiera, żona króla Jana Sobieskiego [1]. Przełom XVIII i XIX w. przyniósł trwającą ponad sto lat modę bywania u wód i co za tym idzie dalszy rozwój bazy uzdrowiskowej. W XX w. nastąpił dalszy rozwój zainteresowania lecznictwem uzdrowiskowym. Powołano wówczas Związek Uzdrowisk Polskich i Polskie Towarzystwo Balneologiczne, które nadały lecznictwu uzdrowiskowemu właściwe kierunki rozwoju i wysoki poziom świadczonych usług [1,2]. Zgodnie z ustaleniami Międzynarodowego Kongresu Balneologicznego w Nauheim w 1911 r. w Polsce status leczniczej wody termalnej nadaje się wodzie podziemnej wykazującej na wypływie temperaturę co najmniej 20ºC [4]. Kąpiel w wodzie o temperaturze 20-35ºC nie powoduje efektów termicznych, ale już na temperaturę wody powyżej 37ºC organizm człowieka reaguje rozszerzeniem naczyń krwionośnych, dodatkowym efektem jest nasilenie procesów przemiany materii i wzmożona wymiana jonowa między skórą a składnikami mineralnymi wody. Lecznicze działanie kąpieli 3
w wodzie mineralnej jest wzmacniane wpływem niektórych składników, takich jak jony jodkowe, jony siarczkowe czy dwutlenek węgla [4]. 4.1.1. Ciechocinek Ciechocinek jest jednym z najbardziej znanych polskich uzdrowisk. Już w XIII wieku w pobliskim Słońsku warzono sól ze słonych źródeł. Koniec XVIII wieku przyniósł rozbiory Polski, wobec czego zaistniała pilna potrzeba uruchomienia nowego źródła soli, wybór padł właśnie na Ciechocinek [8]. W latach 1828-1859 wybudowano w Ciechocinku trzy tężnie (Fig. 11). Obecnie ciepła solanka dostarczana jest na górę tężni (kiedyś z wykorzystaniem wiatraków) ze źródła Grzybek skąd spływa ona grawitacyjnie po ściankach tężni. Tężnie wypełnione są gałązkami tarniny, solanka spływając po tarninie, ulega odparowaniu, a jej stężenie wzrasta z 5,8 do 27%. Po przejściu przez etap tężni, solanka odprowadzana jest do warzelni do panwi, w których zostaje zatężona pod wpływem wysokiej temperatury (95-104 C). W ten sposób krystalizuje się sól kuchenną, która po wyjęciu z panwi jest osuszana i sprzedawana w celach spożywczych. Pozostały po wyjęciu soli roztwór określany jest mianem ługu pokrystalicznego oraz szlamu ciechocińskiego. Szlam to osad pozostający na dnie panwi po wydobyciu soli i odsączeniu ługu. Zarówno szlam jak i ług wykorzystywane są w kąpielach leczniczych [8,9]. Fig. 11. Tężnia nr 3 w Ciechocinku (fot. B. Igliński) 4
W 1836 r. powstał w Ciechocinku pierwszy zakład posiadający wanny do kąpieli solankowych. Rozwój uzdrowiska spowodował dalsze poszukiwanie oraz otwarcie kolejnych ujęć wód mineralnych, z których część została zakwalifikowana jako wody nadające się również do picia, w związku z tym faktem na terenie Ciechocinka powstała rozlewnia wód mineralnych o nazwie Krystynka (butelkowanej bez dodatkowego uzdatniania chemicznego). Pierwsze źródło wody termalnej, o temperaturze 27 C, zostało oddane do eksploatacji w 1932 roku [8,9]. Według klasyfikacji balneologicznej wody mineralne występujące w Ciechocinku zostały zakwalifikowane do wód chlorkowo-sodowych, bromkowych, jodkowych, siarczkowych, fluorkowych, a także termalnych (tabela 2). W połączeniu tworzą one wody charakteryzujące się leczniczym oddziaływaniem na pacjenta poddawanego kąpielom, inhalacjom lub też kuracji pitnej [8]. W Ciechocinku leczy się choroby narządów ruchu i reumatyczne, choroby krążenia oraz układu oddechowego, zarówno u dzieci, jak i dorosłych [8,9]. Tabela. 2. Charakterystyka czynnych ujęć wód mineralnych w Ciechocinku [9]. Lp. Głębokość Rok Temperatura Mineralizacja [m] wykonania [ C] ogólna [mg/dm 3 ] Wykorzystywanie 1. 414,5 1911 18 58020 Tężnia warzelnia 2. 757/1305 1932 27 41850 Balneoterapia 3. 1378,1 1952 34,5 67076 Balneoterapia 4. 23,7 1961 11 9715 Basen 5. 22 1976 10,5 2273 Basen rozlewnia 6. 22 1976 10,5 2184 Basen rozlewnia 7. 1450/1821 1965 37 69718 Balneoterapia 8. 34 1976 12,0 3300 Rozlewnia wód 4.2. Wykorzystanie wód geotermalnych na cele rekreacyjne Z każdym rokiem przybywa w Polsce w miejsc, gdzie można skorzystać z kąpieli geotermalnych w celach turystycznych. Wszystkie obiekty oferują ciepłe solanki bądź/i wodę ogrzewaną ciepłem geotermalnym [28]. 4.2.1. Bukowina Tatrzańska (Terma Bukowina Tatrzańska) 5
W roku 2005 dla otworu Bukowina Tatrzańska zatwierdzono zasoby eksploatacyjne w ilości Q=40,0 m 3 /temperaturze wody o temperaturze 64,5 C. Woda wydobywana z odwiertu eksploracyjnego, po przekazaniu ciepła w wymiennikach ciepła i w basenach kąpielowych, jest odprowadzana (po dodatkowym schłodzeniu) do płynącego w sąsiedztwie potoku Poroniec [29,30]. Terma Bukowina Tatrzańska jest jednym z największych i najnowocześniejszych obiektów w Europie, łączna powierzchnia lustra wody wynosi 1885 m 2, a pojemność basenów 2260 m 3. Obiekty termalne obejmują 6 basenów zewnętrznych i 6 wewnętrznych wyposażonych w systemy do hydromasażu. W skład kompleksu wchodzą: basen pływacki (temperatura wody 28-30ºC), baseny rekreacyjne (temperatura wody 30-36ºC), baseny z hydromasażem (temperatura wody 30-36ºC), brodziki (temperatura wody 30-36ºC), grota skalna, zjeżdżalnie o łącznej długości 100 m (Fig. 12). Figure 12. Zjeżdżalnie w Bukowinie Tatrzańskiej (fot. B. Igliński) Podsumowanie 6
Polska posiada duże zasoby energii geotermalnej do bezpośredniego wykorzystania, zwłaszcza w szeroko pojętym ciepłownictwie (ciepłownie geotermalne, pompy ciepła). Jednak pomimo perspektywicznej bazy zasobowej, dużego zainteresowania potencjalnych inwestorów i odbiorców, rozwój geotermii w Polsce napotyka na istotne bariery rozwoju: przepisy prawne i warunki finansowe nie sprzyjające inwestowaniu, skomplikowane i długie procedury prawne i administracyjne (co powoduje opóźnienia w uruchomianiu środków na inwestycje, spadek ich wartości, zniechęcenie inwestorów), brak wystarczających zachęt i instrumentów ekonomicznych, brak zielonych certyfikatów na ciepło geotermalne, wysokie koszty inwestycyjne, oraz brak wystarczającej wiedzy społeczeństwa na temat geotermii. Polska staje obecnie przed dużym wyzwaniem, ażeby sprostać w/w barierom. Rozwój geoenergetyki, helioenergetyki, aeroenergetyki, hydroenergetyki oraz bioenergetyki pozwoli Polsce uniezależnić się energetycznie, jak również obniżyć cenę za ciepło i energię elektryczną dla odbiorców energii. Literatura [1] B. Igliński i in., Technologie bioenergetyczne, Wyd. UMK, Toruń 2009. [2] http://www.bloomberg.com (wejście 28.02.10). [3] http://www.stat.gov.pl (wejście 22.04.11). [4] H. Kaliś, Warto inwestować we własne źródła energii, Konferencja Inwestycje w źródła wytwarzania energii w przemyśle, Włocławek, 30.03.2011. [5] http://www.iea.org (wejście 15.04.11). [6] A. Słupczewski, U. Radovic, Koszty zewnętrzne wytwarzania energii elektrycznej w Polsce, Biuletyn Miesięczny PSE, 14-29, styczeń 2006. [7] Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii, Dz. U. Nr 267, poz. 2656. [8] Dyrektywa 2001/77/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 września 2001 r. w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych, Dziennik Urzędowy Wspólnot Europejskich, L 283/33. [9] E. Gańko, Potencjał techniczny produkcji roślin na cele energetyczne w Polsce, materiały XII Konferencji Naukowej Uprawa roślin energetycznych a wykorzystanie rolniczej przestrzeni produkcyjnej w Polsce, Puławy 2008. [10] http://www.eo.org.pl (wejście 12.08.10). [11] D. Szamańska, J. Chodowska-Miszczuk, Endpgenous resources utilization of rurar areas In shaping sustainable development in Poland, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15. 1497-1501, 2011. [12] M. Jakubiak, W. Kortylewski, Pelety podstawowym biopaliwem dla energetyki, Archiwum Spalania 8 (3-4), 108-118, 2008. [13] P. Gradziuk (red.), Biopaliwa, Wyd. Wieś Jutra, Warszawa 2003. [14] H. Poślednik, Ciepłownie w Piszu rok doświadczeń, Czysta Energia 2, 22-26, 2005. [15] P. Sołowiej, K. Nalepa, M. Neugebauer, Analiza energetyczno-ekonomiczna produkcji energii cieplnej w kotłowniach na zrębki drewna, Inżynieria Rolnicza 2(100), 263-267, 2008. [16] http://www.biomasa.org (wejście 06.04.11). [17] Igliński B., Iglińska A., Kujawski W., Buczkowski R., Cichosz M., Bioenergy in Poland, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, 2999-3007, 2011. [18] Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych, Dziennik Ustaw z 2006 r. Nr 169 poz. 1199. 7
[19] J. Tys i in, Technologie i ekonomiczne uwarunkowania produkcji biopaliwa z rzeaku, Rozprawy i Monografie, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN, Lublin 2003. [20] J. Krzymański (red.), Olej rzepakowy nowy surowiec, nowa prawda, Polskie Stowarzyszenie Producentów Oleju, Warszawa 2009. [21] G. Wiśniewski (red.), Ocena stanu i perspektywy produkcji krajowej urządzeń dla energetyki odnawialnej, EC BREC, Warszawa 2007. [22] http://www.autoflesz.pl/artykuly/490,bioetanol_pierwsze_autobusy_w_polsce_dla_slupska.html (wejście 12.11.10). [23] A. Oniszak- Popławska; M. Zowsik; G. Wiśniewski, Produkcja i wykorzystanie biogazu rolniczego, EC BREC/ IBMER, Warszawa 2003. [24] J. Krzak, Biogazownie w Polsce niedocenione źródło energii, INFOS 4(51), 1-4, 2009. 8