Inwestor: TERMY CIECHOCINEK Sp. z o.o 87-720 Ciechocinek, ul. Zdrojowa 17 tel.: 508 390 640 Wykonawca: PRZEDSIĘBIORSTWO GEOLOGICZNE POLGEOL S.A. 03-908 Warszawa, ul. Berezyńska 39 tel.: (0-22) 617 30 31; fax.: (0-22) 617 42 21 Studium możliwości wykorzystania wód termalnych do celów grzewczych oraz rekreacyjno-balneologicznych w Ciechocinku miejscowość: gmina: powiat: województwo: Ciechocinek Ciechocinek aleksandrowski kujawsko-pomorskie Opracowali: Dyrektor: dr inż. Bogdan Noga inż. Henryk Biernat mgr inż. Piotr Martyka Warszawa, marzec 2012 r.
SPIS TREŚCI WPROWADZENIE... 4 Rozdział 1. ANALIZA WARUNKÓW GEOLOGICZNYCH... 9 1.1. Informacje ogólne... 9 1.2. Tektonika... 10 1.3. Stratygrafia... 11 1.4. Poziomy wodonośne... 15 1.5. Zakres dotychczas wykonanych prac... 16 1.6. Analiza prac prowadzących do uruchomienia źródła wody termalnej... 20 1.6.1. Zakres rekonstrukcji źródła nr 18... 20 1.6.2. Wykonanie nowego otworu chłonnego... 22 1.6.3. Wykonanie dubletu geotermalnego... 23 1.6.4. Możliwości zatłaczania wody pozabiegowej - korzyści i zagrożenia... 25 Rozdział 2. ANALIZA ROZWIĄZAŃ TECHNICZNYCH... 29 2.1. Możliwości pozyskiwania i zagospodarowania wody termalnej... 29 2.1.1. Systemy pozyskiwania wody termalnej... 29 2.1.2. Możliwości wykorzystania wody termalnej... 30 2.1.3. Możliwości balneo-rekreacyjnego wykorzystania wody termalnej... 32 2.1.4. Możliwości energetycznego wykorzystania wody termalnej... 35 2.2. Możliwości pozyskiwania energii geotermalnej w rejonie Ciechocinka... 37 2.2.1. Zbiornik jury górnej... 37 2.2.2. Zbiornik jury środkowej... 38 2.2.3. Zbiornik jury dolnej... 39 2.2.4. Zbiornik triasu górnego... 41 2.2.5. Zestawienie parametrów rozważanych poziomów wodonośnych... 42 2.3. Koncepcja rozwiązań technicznych... 42 2.3.1. Wariant I - rekreacyjny ze zrzutem do kanalizacji solankowej... 42 2
2.3.2. Wariant II - rekreacyjny ze zrzutem do otworu chłonnego... 44 2.3.3. Wariant III - ciepłowniczy ze zrzutem do kanalizacji solankowej... 46 2.3.4. Wariant IV - ciepłowniczy ze zrzutem do otworu chłonnego... 50 2.3.5. Wariant V - ciepłowniczy, nowy dublet geotermalny... 53 Rozdział 3. ANALIZA EKONOMICZNA... 57 3.1. Wstępne szacunki nakładów inwestycyjnych... 57 3.2. Prognoza przychodów... 62 3.3. Prognoza kosztów eksploatacyjnych... 64 3.4. Prosty okres zwrotu... 68 3.4.1. Scenariusz finansowania I - bez dotacji... 68 3.4.2. Scenariusz finansowania II - z dofinansowaniem... 70 3.5. Możliwe źródła finansowania przedsięwzięcia... 72 Rozdział 4. ANALIZA SPOŁECZNO-EKONOMICZNA... 77 4.1. Korzyści środowiskowe... 77 4.2. Przyrost miejsc pracy podczas realizacji inwestycji... 77 4.3. Przyrost miejsc pracy po uruchomieniu inwestycji... 78 PODSUMOWANIE... 79 LITERATURA... 82 3
WPROWADZENIE Niniejsze opracowanie zostało wykonane na zlecenie spółki Termy Ciechocinek Sp. z o.o. w oparciu o umowę nr GZK/2012-005 z dnia 16 stycznia 2012r. Celem opracowania jest analiza możliwości wykorzystania wody termalnej, na terenie Uzdrowiska Ciechocinek, wynikających głównie z budowy geologicznej analizowanego obszaru oraz optymalizacji efektów energetycznych i ekonomicznych. Zakres opracowania sprecyzowany w przytoczonej wcześniej umowie w szczególności obejmuje analizę poniższych zagadnień: możliwości wykorzystania wody termalnej pochodzącej z otworu nr 18 do celów balneologiczno-rekreacyjnych, z odprowadzeniem wykorzystanej wody kanalizacją solankową, możliwości wykorzystania wody termalnej pochodzącej z otworu nr 18 do celów balneologiczno-rekreacyjnych i ciepłowniczych, ze zrzutem schłodzonej wody do macierzystej warstwy wodonośnej za pomocą nowego otworu chłonnego, możliwości wykorzystania nowego dubletu geotermalnego (otwór eksploatacyjny i chłonny) do celów balneologiczno-rekreacyjnych i ciepłowniczych z uwzględnieniem obiektów miasta Ciechocinek, możliwości zatłaczania wody termalnej wykorzystanej do celów balneologicznych, z określeniem potencjalnych korzyści i zagrożeń. Ciechocinek jest miastem typowo uzdrowiskowym, a na jego terenie znajduje się zaniedbany, ogromny basen rekreacyjny, który zlokalizowany jest między tężniami. To właśnie tężnie wytwarzają specyficzny mikroklimat panujący w Ciechocinku. Odkryta pływalnia ze słoną wodą, o wymiarach 100 x 40 m i pojemności około 5200 m 3, od lat 30-tych XX wieku była jedną z największych atrakcji miasta. W 2001 r. 4
przestała działać, bo ówczesnemu właścicielowi - państwowemu Przedsiębiorstwu Uzdrowisko Ciechocinek - zabrakło pieniędzy na jej modernizację. Obecnie spółka Termy Ciechocinek planuje przeprowadzić rewitalizację basenu rekreacyjnego oraz otaczającego go terenu, na którym powstaną dodatkowe mniejsze baseny oraz zaplecze noclegowe. Istniejący basen rekreacyjny zostanie odtworzony w taki sposób, aby w jak największym stopniu przypominał ten z lat 30-tych. Będzie on podzielony na trzy części, a każda z nich będzie miała inną głębokość. Najpłytsza część będzie wypełniona wodą termalną. Część środkowa będzie wypełniona wodą słodką, która zimą będzie zmrażana i zamieniana w lodowisko. Najgłębsza część basenu będzie wypełniona odpowiednio dobraną mieszaniną wody słodkiej i termalnej. Do napełniania basenów będzie zatem potrzebna woda termalna. W tym przypadku taką wodę Termy Ciechocinek będą mogły kupować od Przedsiębiorstwa Uzdrowiskowego Ciechocinek lub uruchomić własne źródło wody termalnej. Zakup wody termalnej lub solanki od Przedsiębiorstwa Uzdrowiskowego Ciechocinek związane będzie z kosztami poniesionymi na zakup wody i kosztami zrzutu do kanalizacji solankowej wykorzystanej w basenach wody. Obecnie prawie wszystkie obiekty wykorzystujące wodę termalną do celów balneologicznych i rekreacyjnych zużytą wodę zrzucają do cieków powierzchniowych za pomocą kanalizacji solankowej, co wiąże się z dość wysokimi kosztami. Alternatywą może tutaj być zrzut zużytej wody termalnej ponownie do tej samej warstwy wodonośnej, z której została ona pobrana. Rozwiązanie to wiąże się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi na wykonanie otworu chłonnego. Obecnie na terenie Polski woda pozabiegowa jest zatłaczana do górotworu jedynie w Przedsiębiorstwie Uzdrowiskowym Ustroń S. A. 1 Należy tutaj zaznaczyć, że Ustroń leży w innej jednostce geologicznej (kolektor szczelinowy) niż Ciechocinek, który znajduje się na Niżu Polskim (kolektor porowy). Uruchomienie własnego źródła wody termalnej pozwoli na uniezależnienie sie od dostawców zewnętrznych. W przypadku spółki Termy Ciechocinek istnieją dwie 1 Waligóra J., Sołtysiak M.: Zatłaczanie wód pozabiegowych w utwory serii węglanowej dewonu w Uzdrowisku Ustroń. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 445, Warszawa 2011, s. 701-708. 5
możliwości uruchomienia własnego źródła wody termalnej. W pierwszym przypadku można będzie przeprowadzić rekonstrukcję znajdującego się w pobliżu planowanych basenów otworu nazwanego - źródło nr 18. To rozwiązanie wymaga jednak dodatkowych uregulowań prawnych oraz dodatkowych umów dzierżawy. Inną możliwością pozyskiwania wody termalnej może być wykonanie własnego nowego otworu geotermalnego. Otwór taki może być wykonany na terenie należącym do spółki Termy Ciechocinek. Rozwiązanie to obarczone jest wysokimi kosztami wiercenia głębokiego otworu i w przypadku balneologiczno-rekreacyjnego wykorzystania pozyskiwanej wody termalnej może nie mieć ekonomicznego uzasadnienia. Uruchomienie własnego źródła wody termalnej pozwoli na ciągłe wydobywanie dużych ilości wody termalnej, co pozwoli na jej wykorzystanie w ciepłownictwie. Od wody termalnej można pozyskiwać ciepło geotermalne, które może być wykorzystywane w sposób bezpośredni (woda o temperaturze powyżej 50 o C) lub w sposób pośredni (woda o temperaturze poniżej 50 o C). Przy pośrednim wykorzystaniu wody termalnej ciepło geotermalne będzie od niej odbierane za pomocą kaskady pomp ciepła. Podczas ciepłowniczego wykorzystania wód termalnych konieczny będzie zrzut dużej ilości wykorzystanej wody termalnej. Obecnie znane są dwa systemy eksploatacji wody termalnej. Jeden z nich polega na wydobyciu jej otworem eksploatacyjnym, przepompowaniu do odbiorców, a po zużyciu następuje jej zrzut do cieków powierzchniowych. Rozwiązanie to jest stosowane głównie do wód słabozmineralizowanych, które wydobywane są w niewielkich ilościach (balneologia i rekreacja). Jeśli okaże się, że woda termalna wydobywana w Ciechocinku będzie miała dużą mineralizację i będzie wydobywana w dużych ilościach, konieczna będzie eksploatacja za pomocą dubletu geotermalnego (otwór eksploatacyjny i otwór chłonny). W tym przypadku woda termalna będzie wydobywana za pomocą otworu eksploatacyjnego, a po jej zużyciu u odbiorców będzie ona ponownie zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej za pomocą otworu chłonnego. W związku z powyższym, na potrzeby przygotowywanego opracowania zostały opracowane następujące warianty eksploatacji wody termalnej: 1. Wariant I - zakłada wykorzystanie nieużywanego aktualnie źródła nr 18. W tym przypadku, po przeprowadzonej rekonstrukcji otworu, wydobywana woda ter- 6
malna będzie wykorzystywana jedynie do celów balneologicznych i rekreacyjnych. Zużyta w basenach woda termalna będzie zrzucana do kanalizacji solankowej. 2. Wariant II - zakłada rekonstrukcję i wykorzystanie nieużywanego aktualnie źródła nr 18. Woda termalna będzie wykorzystywana jedynie do celów balneologicznych i rekreacyjnych. W tym wariancie rozważono możliwość zrzutu wykorzystanej wody termalnej do otworu chłonnego. 3. Wariant III - zakłada rekonstrukcję oraz wykorzystanie nieużywanego aktualnie źródła nr 18, a wydobyta woda termalna będzie przeznaczona do celów ciepłowniczych, balneologicznych i rekreacyjnych. W wariancie tym zrzut wykorzystanej wody termalnej będzie odbywał się za pomocą kanalizacji solankowej. 4. Wariant IV - zakłada rekonstrukcję oraz wykorzystanie nieużywanego aktualnie źródła nr 18. Wydobyta woda termalna będzie następnie przeznaczona do celów ciepłowniczych, balneologicznych i rekreacyjnych. W wariancie tym, zrzut schłodzonej w procesach ciepłowniczych wody termalnej będzie odbywał się poprzez zatłoczenie do tej samej warstwy wodonośnej. Rozwiązanie to wymaga wykonania nowego otworu geotermalnego, który będzie pełnił rolę otworu chłonnego. Woda termalna wykorzystana do celów balneologicznych i rekreacyjnych będzie zrzucana do cieków powierzchniowych za pomocą kanalizacji solankowej. 5. Wariant V - będzie polegał na eksploatacji wody termalnej za pomocą nowego dubletu geotermalnego. Jeśli inwestor zdecyduje się na realizację tego wariantu konieczne będzie wykonanie dwóch nowych odwiertów geotermalnych, jeden będzie odwiertem eksploatacyjnym, drugi będzie odwiertem chłonnym. Rozwiązanie to zapewni większe możliwości eksploatacyjne wody termalnej. Podobnie jak w poprzednim wariancie, woda będzie wydobywana otworem eksploatacyjnym, a po schłodzeniu na wymiennikach ciepła będzie ona ponownie zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej. Woda zużyta do celów balneologiczno-rekreacyjnych będzie zrzucana do cieków powierzchniowych za pomocą kanalizacji solankowej. 7
Analiza zaplanowanych wariantów zagospodarowania wody termalnej będzie możliwa po określeniu jej parametrów eksploatacyjnych. Przedmiotowe opracowanie rozpoczęto zatem od przeprowadzenia analizy budowy geologicznej rejonu Ciechocinka, która została rozpoznana głębokimi otworami wiertniczymi. Dodatkowo w pobliżu rewitalizowanego terenu zlokalizowane jest aktualnie nieużywane źródło nr 18. Za pomocą tego otworu rozpoznana została budowa geologiczna oraz poziomy wodonośne jury górnej, środkowej i dolnej oraz triasu górnego i środkowego. W analizie warunków geologicznych rejonu Ciechocinka określone zostały możliwości eksploatacyjne źródła nr 18 oraz nowego dubletu geotermalnego. Oszacowane parametry eksploatacyjne wody termalnej pozwalają na określenie ilości ciepła geotermalnego, jakie można będzie pozyskać z wyznaczonych warstw wodonośnych. W tym przypadku określono tylko ciepło możliwe do pozyskania od wody termalnej przy schłodzeniu jej do 6 o C. Obecny stan techniki pozwala na takie schłodzenie przy zastosowaniu kaskady absorpcyjnych i/lub sprężarkowych pomp ciepła. Przeprowadzona analiza pozwoliła na wybór do późniejszego ujęcia najbardziej optymalnej pod względem pozyskiwania wody termalnej warstwy wodonośnej. Dla zdefiniowanych wcześniej wariantów rozwiązań technicznych oszacowane zostały możliwości pozyskiwania wody termalnej w odniesieniu do rzeczywistego zapotrzebowania przez rewitalizowany basen oraz nowobudowane obiekty wykorzystujące wodę termalną. Oszacowano również moc zainstalowaną w oparciu o absorpcyjną pompę ciepła zasilaną gorącą wodą, do przygotowania której zostanie wykorzystany wysokotemperaturowy kocioł gazowy. Ilość wytworzonego ciepła oszacowano przy założeniu 40% rocznego współczynnika wykorzystania instalacji cieplnej. Podczas analizy założono, że instalacja cieplna będzie nowa i wybudowana w technologii niskoparametrowej. Podczas analizy nie uwzględniono kosztów budowy sieci cieplnej. W analizie ekonomicznej oszacowano niezbędne nakłady inwestycyjne potrzebne do uruchomienia instalacji pozyskiwania wody termalnej. W fazie eksploatacji oszacowano prawdopodobne przychody oraz koszty eksploatacyjne. Efektywność finansowa poszczególnych wariantów została przeprowadzona w oparciu o prosty okres zwrotu nakładów inwestycyjnych. 8
Rozdział 1. ANALIZA WARUNKÓW GEOLOGICZNYCH 1.1. Informacje ogólne Ciechocinek administracyjnie należy do województwa kujawsko-pomorskiego, położonego w centralnej części północnej Polski. Położony jest w środkowej części Niziny Ciechocińskiej, która stanowi część Kotliny Toruńsko-Bydgoskiej. Mieszkańcy nazywają ten teren Kujawami Białymi lub Piaszczystymi, podkreślając tym samym małą przydatność rolniczą gleb. Miasto Ciechocinek w całości położone jest przy lewym brzegu Wisły na tarasach zalewowych. Rzeka stanowi naturalną północną granicę miasta. Dzięki takiemu usytuowaniu Ciechocinek spełnia podstawowe warunki stawiane miejscowościom uzdrowiskowym pod względem korzystnych warunków bioklimatycznych. Ciechocinek jest miastem o charakterze uzdrowiskowym. W mieście praktycznie nie ma przemysłu, znajdują się tu m.in. szpitale uzdrowiskowe, sanatoria, prewentorium, ośrodki wypoczynkowe (wczasowo-turystyczne), zakłady przyrodolecznicze, pijalnia wód mineralnych, hotele, restauracje, warzelnia soli. Część uzdrowiskowa bogata jest w zieleń parków, skwerów, kwietników i dywanów kwiatowych. Podstawą rozwoju miasta są wody lecznicze: chlorkowo-sodowe, bromkowe, jodkowe, żelaziste, borowe, które pochodzą z licznych na tym terenie źródeł solankowych. Leczy się tutaj choroby narządów ruchu, reumatyczne, ortopedyczno-urazowe, kobiece, układu oddechowego, nerwowego i krążenia. W tym celu stosuje się wiele zabiegów między innymi: kąpiele solankowe, jodobromowe, siarkowe, zawijania borowinowe, balneoterapie (fizykoterapia, inhalacja, irygacja, klimatoterapia, kuracja pitna), gimnastykę oraz masaże. 9
1.2. Tektonika Pod względem tektonicznym Ciechocinek znajduje się w północnej części Wału Kujawskiego, stanowiącego część Wału Środkowopolskiego. Jest to obszar platformowy, który składa się z trzech zasadniczych pięter: prekambryjskiego podłoża krystalicznego sfałdowanych kaledońsko-hercyńskich utworów paleozoicznych mezozoiczno-kenozoicznej pokrywy skał osadowych. Na krystalicznym podłożu zalegają utwory paleozoiczne silnie pofałdowane w skutek fałdowań kaledońskich i hercyńskich. To właśnie podczas nich powstał Wał Środkowopolski wraz z obrzeżającym go systemem niecek. Rys. 1.1. Przekrój geologiczny okolic Ciechocinka 2 Najstarszymi osadami, rozpoznanymi otworami wiertniczymi są w rejonie Ciechocinka utwory mezozoiczne (triasowe i jurajskie). Stanowią one kolejne piętro obszaru platformowego, gdzie warstwy te są wypiętrzone i pofałdowane. Wypiętrzenia te mają kierunek NW-SE, przy czym brachyantyklina jurajska Ciechocinka jest wysunięta na E. Charakterystyczną cechą dla Wału Środkowopolskiego jest brak osadów kre- 2 Górecki W. (red): Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim. Zakład Surowców energetycznych AGH, Towarzystwo Geosynoptyków,,GEOS, Kraków 2006r. 10
dowych (rys. 1.1). Utwory jurajskie są tutaj bardzo często przykryte pokrywą osadów czwartorzędowych o niewielkich miąższościach. Utwory triasu- wapienia muszlowego wykazują upady rzędu 20 stopni, natomiast utwory jurajskie rzędu 2-3 stopnie. Wynika to z tego, że jura była okresem spokojnej sedymentacji. W rejonie Ciechocinka brak jest wysadów soli cechsztyńskich, tak bardzo charakterystycznych dla Wału Środkowopolskiego. 1.3. Stratygrafia Na podstawie materiałów archiwalnych można przyjąć następujący schematyczny profil stratygraficzny Ciechocinka: okres głębokość [m] czwartorzęd holocen-plejstocen 0-25 neogen pliocen-miocen 25-45 górna 45-345 jura środkowa 345-780 dolna 780-1380 górny 1380-1655 trias środkowy 1655-1810 dolny 1810-(nieprzewiercony) Osady czwartorzędowe-holocenu to głównie osady rzeczne. Należą do nich: piaski drobnoziarniste z nielicznymi otoczakami kwarcu, piaski różnoziarniste i żwiry rzeczne, piaski deluwialne i wydmowe oraz torfy i namuły rzeczne tarasów akumulacyjnych Wisły. Poniżej zalegają osady plejstocenu reprezentowane przez piaski rzeczne tarasów akumulacyjnych Wisły ( średniego i górnego) oraz piaski wodnolodowcowe z wkładkami żwirów, iłów warwowych i glin zwałowych. Osadami neogenu są głównie osady miocenu. Występują one w postaci iłów o dużej zawartości muskowitu, z wkładkami węgla brunatnego i pyłu węglowego oraz 11
przeławiceniami piaskowców drobnoziarnistych i pylastych, a także glin piaszczystych. Nie tworzą one jednak ciągłego poziomu, a w związku z tym umiejscowione są na nielicznych fragmentach obszaru Ciechocinka- w otoczeniu uzdrowiska jest ich brak. Bezpośrednio pod osadami neogenu zalegają utwory jurajskie o miąższości około 1300m. Jura górna reprezentowana jest w postaci wapieni oolitowych, margli, mułowców, muszlowców, wapieni marglistych z konkrecjami krzemieni oraz wapieni z wkładkami margli i dolomitów. Jura środkowa miąższości około 435m wykształcona jest w postaci głównie grubo- i średnioziarnistych piaskowców wapnistych z glaukonitem, które przewarstwione są łupkami ilastymi. W stropowej partii mogą występować wapienie dolomityczne oraz ponadto występują często wapienie brunatne, iły czarne i iłołupki, gipsy i syderyty. Jura dolna miąższości około 600m występuje w postaci charakterystycznych kilku serii warstw (tabela 1.1): warstwy borucickie- piaskowce kwarcowe drobno i średnioziarniste, szare z pojedynczymi wkładkami łupków ilastych ciemnobrunatnych warstwy ciechocińskie- łupki szare, zielone i brunatne warstwy sławęcińskie górne- piaskowce kwarcowe, drobnoziarniste, jasnoszare warstwy sławęcińskie główne- piaskowce kwarcowe, bardzo drobnoziarniste, bezwapniste, szare w dużej przewadze z łupkami warstwy ksawerowskie- pakiet utworów ilastych szaro oliwkowych, brunatnych ze zwęglonymi szczątkami flory przedzielonych kilkumetrowymi warstwami piaskowców drobnoziarnistych, białych warstwy kłodawskie górne- pakiet piaskowcowy średnio- i różnoziarniste z wkładkami iłów 12
Tabela 1.1. Profil litologiczno-stratygraficzny otworu nr 18 w Ciechocinku Okres Epoka Wiek Interwał głębokościowy [m] Litologia Czwartorzęd 0-21 piaski, żwiry Astart 21-60 wapienie jasne, miejscami oolitowe Górna Raurak 60-200 wapienie szare, krystaliczne z krzemieniami Oksford 200-300 wapienie jasnoszare w spągu dolomityczne wapienie piaszczyste, Baton, Bajos, piaskowce szare, drobnoziarniste z glaukoni- 300-380 Aalen Środkowa tem piaskowce szare, drobnoziarniste, Kelowej 380-735 z wkład- kami łupków; łupki Jura Dolna Seria borucicka Seria ciechocińska Seria sławęcińska górna i główna Seria ksawerowska i kłodawska górna 735-855 855-930 930-1180 1180-1340 ciemne, ilaste słabo zdiagenezowane piaskowce drobnoziarniste łupki ilaste barwy szarozielonkawej, wkładki piaskowców słabo zdiagenezowane piaskowce białe drobnoziarniste, wkładki łupków szarozielonych i brunatnych łupki ilaste szare i szarozielonkawe, mułowce i piaskowce białe i jasnoszare, drobnoziarniste z wkładkami piaskowców różno- i gruboziarnistych 13
Tabela 1.1cd. Profil litologiczno-stratygraficzny otworu nr 18 w Ciechocinku Okres Epoka Wiek Trias Górny Środkowy Dolny Interwał głębokościowy [m] Retyk 1340-1410 Kajper 1410-1615 Wapień muszlowy Pstry piaskowiec 1615-1770 1770-1825 (nieprzewiercony) Litologia łupki szaro-ziolonkawe i wiśniowe z wkładkami gipsów łupki i iłowce szarozielonkawe i wiśniowe bezwapniste z wkładkami anhydrytu; w dolnej partii wkładki piaskowców szarych i różowych, drobnoziarnistych ; wapienie margliste wapienie margliste jasne; wapienie szare, krystaliczne, miejscami lekko dolomityczne w wkładkami wapieni detrytycznych; w stropie łupki szarozielonkawe, ciemne, bezwapniste iłowce i mułowce wiśniowe, szarozielonkawe z muskowitem, bezwapniste Trias został rozpoznany otworami nr 18,16 i 14. Można w nim także wyróżnić podrzędne piętra stratygraficzne takie jak (tabela 1.1): retyk - łupki i iłowce wiśniowe, szarozielone, bezwapniste z gniazdami anhydrytu, kajper - iłowce wiśniowe z gniazdami anhydrytu białego wapień muszlowy - w spągowej i stropowej części pakiet ilasty, natomiast w środkowej kompleks węglanowy- wapienie krystaliczne, szare, pstry piaskowiec - iłowce, mułowce piaszczyste z muskowitem barwy brunatnowiśniowej. 14
1.4. Poziomy wodonośne Głównymi poziomami wodonośnymi rejonu Ciechocinka są dwa poziomy wodonośne: czwartorzędowe jurajskie. Czwartorzędowy poziom jest ściśle związany z Doliną Wisły, która stanowi naturalną bazę drenażu wód napływających z wysoczyzn morenowych. Wody te mają charakter swobodny, a ich zwierciadło waha się w ciągu roku rzędu 1-2m. Są zasilane przez infiltrację wód opadowych. Poziom ten jest ujęty nieczynnymi otworami 17 i 17b z powodu znacznego przekroczenia dopuszczalnych wartości jonów Cl -. Są to wartości powyżej 250 mg/dm 3, a w samym centrum dochodzące do kilku tysięcy mg/dm 3. Przyczyn wzrostu zasolenia należałoby doszukiwać się w zanieczyszczaniu tego poziomu wodami podziemnymi pochodzącymi z warstw leżących znacznie głębiej, związanych z ascenzyjną wymianą wód. Jurajski poziom wodonośny możemy rozdzielić na poziomy jury górnej, środkowej i jury dolnej. Z poziomu jury górnej eksploatuje się wodę ujęciem nr 19a. Jest to stosunkowo bardzo mała wydajność - 9 m 3 /h w porównaniu do poziomów położonych głębiej. Należy zatem określić go jako mało perspektywiczny. Poziom ten jest na ogół odizolowany od wód piętra czwartorzędowego nieprzepuszczalną warstwą iłów miocenu i glin zwałowych czwartorzędu. Jednak lokalnie izolacja ta zanika, co może powodować połączenie tych dwóch poziomów. Poziom jury środkowej został ujęty otworami nr 11 i 14. W otworze nr 14 ustalono zasoby eksploatacyjne na poziomie 135m 3 /h, temp. 29 o C i mineralizacji 45 g/l na samowypływie, co świadczy o wyjątkowo bardzo dobrych właściwościach kolektorskich tych warstw. Otwór 11charakteryzuje się zasobami w wysokości 60 m 3 /h, ale jest on blisko 2 razy płytszy (405m) od otworu nr 14 (760m) i tutaj samowypływ już nie występuje. 15
Poziom jury dolnej to kompleks o miąższości ok. 600m. Został on ujęty otworami nr 16 i 18. Z uwagi na tak duży interwał można wyróżnić tutaj poszczególne partie wodonośne takie jak: partia warstw borucickich, partia warstw sławęcińskich głównych, partia warstw ksawerowskich. Warstwy te pod względem litologicznym niewiele się różnią, natomiast zachodzi tutaj pewna zależność, że im głębiej tym większa mineralizacja i temperatura. Warstwy ksawerowskie zostały ujęte w otworze nr 18, gdzie osiągnięto z nich wydajność 97 m 3 /h, mineralizacji 70 g/l i temp. 37 o C na samowypływie. W otworze nr 18 opróbowano także poziom triasu, dokładniej wapienia muszlowego. Sądzono bowiem, że mogą występować tutaj wody podziemne w szczelinowym kompleksie węglanowym. Jednakże dopływ solanki był znikomy- rzędu 0,26 m 3 /h. Dlatego zrezygnowano w całości z tego poziomu jako mało perspektywicznego. 1.5. Zakres dotychczas wykonanych prac Bogactwo naturalne soli mineralnych Ciechocinka znane już było bardzo dawno temu, a najstarsze zapiski sięgają XIII wieku. Pierwsze wiercenia w celu rozpoznania złoża wód podziemnych rejonu Ciechocinka wykonano w XVIII w. Numerację otworów wiertniczych wprowadził August Rost w latach 40-tych XIX w przyporządkowując oznaczenia cyfrowe kolejnym otworom. Większość z nich do dnia dzisiejszego już nie występuje i ciężko je zlokalizować. Wiele z nich było wierconych w zastępstwie za już wyeksploatowane, tak jak np. otwór 19a powstał za 8b. Obecnie czynne są tylko 4 ujęcia: nr 11, 14, 16 i 19a (rys. 1.2). Ujęcie nr 11 zaopatruje tężnie, gdzie woda ulega odparowaniu i zagęszczeniu do stężenia około 28%, a następnie jest kierowana rurociągiem do warzelni soli, gdzie zostaje zużyta do produkcji ciechocińskiej soli jadalnej, szlamu i ługu leczniczego (tabela 1.2. Ujęcie nr 14 i 16 dostarcza wodę do sanatoriów na potrzeby lecznictwa uzdrowiskowego. Eksploatowana woda służy do napełniania basenów rehabilitacyjnych i do 16
kąpieli leczniczych. Jej wydobycie uzależnione jest od zapotrzebowania balneoterapeutycznego. Rys. 1.2. Lokalizacja otworów wiertniczych w rejonie Ciechocinka. Ujęcie nr 19a, popularnie nazywane Krystynka to główne ujęcie wody mineralnej, która dzięki swojemu bogatemu składowi mineralnemu jest polecana osobom z różnymi schorzeniami. Nieczynnymi ujęciami są otwory 17, 17a, 17b, które ujmują utwory czwartorzędowe i stanowiły źródło zasilania dla także nieczynnego dziś, basenu termalnosolankowego znajdującego się pomiędzy tężniami. 17
Nazwa otworu Głębokość [m p.p.t.] Zasoby eksploatacyjne [m 3 /h] Depresja zwierciadła [m p.p.t.] Mineralizacja [g/dm 3 ] Temperatura [ o C] Sposób wydobycia Rok wykonania Tabela 1.2. Ujęcia wód podziemnych w Ciechocinku 11 14 16 18 17 405 (414,6) 757 (1305,2) 1378 1340 (1825) 24 60 135 70 97 30 6 6 3 14 1 42,5 45,8 52,6 70,7 8,4 ~19 28 32 37 ~11 pompa wypływ wypływ wypływ wypływ 1911 1932 1952 1965 1976 17a 24 54 1,2 ~6 ~11 wypływ 1976 17b 22 41 2,3 2,1 ~11 wypływ 1976 19a 36 9 2 3,3 ~13 wypływ 1978 18
Skupiając większą uwagę na interesującym nas nieczynnym otworze nr 18 otrzymujemy następujący zakres dotychczas wykonanych prac: 18 kwietnia 1964r. montaż urządzenia wiertniczego, 10 czerwca 1964r. rozpoczęcie wiercenia, zapuszczenie pierwszej kolumny rur φ 650 mm do gł. 19 m i zacementowanie do wierzchu, zapuszczenie drugiej kolumny rur okładzinowych φ 18 5/8 do gł. 30,2m i zacementowanie do wierzchu, głębienie otworu świdrami gryzowymi φ 438mm do gł. 750 m, zapuszczenie trzeciej kolumny rur okładzinowych 13 3/8 i zacementowanie do wierzchu but rur na głębokości 744,14 m, wiercenie świdrem φ 308 mm do gł. 1551 m, wiercenie świdrem φ 216 mm do gł. 1825 m, zakończenie wiercenia 1 listopada 1964r., zarurowanie otworu kolumną rur antykorozyjnych φ 9 5/8 w gł. 0-1521 m i zacementowanie od buta rur do gł. 1340 m, perforacja w gł. 785,26-788,66 i zacementowanie II stopnia od gł. 788 do wierzchu, wykonanie korków cementowych poniżej rur 9 5/8 dla wzmocnienia ścian otworu i zapobieżeniu obsypywaniu się ścian, w lutym 1965r przystąpiono do opróbowania wapienia muszlowego, osiągając na początku przy pompowaniach dopływ z jury dolnej, po zapuszczeniu próbnika złoża ustalono wydajność 0,26 m 3 /h, zlikwidowanie otworu do gł. 1450 m korkiem cementowym, wykonanie perforacji w interwale 1275-1337,5 m 846 strzałów; 62,5 m części roboczej filtra, opróbowanie poziom dolnej jury uzyskując max 97 m 3 /h, po zakończeniu badań stwierdzono zasyp na gł. 1331 m, odpłukano do 1362,5 m otwór nieeksploatowany. 19
1.6. Analiza prac prowadzących do uruchomienia źródła wody termalnej 1.6.1. Zakres rekonstrukcji źródła nr 18 Konstrukcja otworu: 0,0-19,0 rury stalowe ø 25,5 zdw, 0,0-30,2 rury stalowe ø 18 ⅝ zdw, 0,0-744,15 rury stalowe ø 13 3 / 8 zdw, 0,0-1521,7 rury antykorozyjne chromowo-niklowe 9 ⅝, (cementowanie I stopnia w interwale 1521,7 1340 m, po perforacji rur w głębokości 785,26-788,66 cementowanie II stopnia w interwale 788 0,0 m), 1521,7 1825,0 otwór bosy (zlikwidowany korkiem cementowym do gł. 1450 m), 1275,0-1337,5 perforacja rur 9⅝ (846 strzałów; 62,5 m część robocza filtra). Po opróbowaniu poziomu wodonośnego jury dolnej uzyskano wydajność na samowypływie 97 m 3 /h. Po zakończeniu badań stwierdzono zasyp na gł. 1331m, odpłukano do gł. 1362,5 m. Otwór nie jest eksploatowany. Z opinii uzyskanych od osób prywatnych wydajność określona w dokumentacji hydrogeologicznej nie pokrywa się z wydajnością rzeczywistą. Po krótkotrwałej eksploatacji otworu wydajność na samowypływie spadła do 0. Są to przekazy ustne nigdzie nie udokumentowane. Zakładając ze utwory warstwy wodonośnej są słabo zwięzłe mogło dojść do zasypania strefy z perforowanej co mogło spowodować spadek wydajności. Chcąc wykorzystać otwór nr 18 do przyszłej eksploatacji należy liczyć się z wykonaniem niezbędnych prac mających na celu potwierdzenie stanu technicznego otworu jak i wydajności uzyskanej podczas wykonywanych badań hydrogeologicznych. Zakładany zakres prac: pomiar ciśnienia głowicowego, w przypadku stwierdzenia utrzymującego się ciśnienia na głowicy otworu wykonać pomiar wydajności. Na etapie tych pomiarów wody z pompowania mogą 20
być odprowadzane bezpośrednio do kolektora solankowego rurociągiem z PCV ułożonym na czas wykonywania pompowań, w przypadku stwierdzenia braku samowypływu z otworu należy zdemontować głowicę eksploatacyjną lub tylko jej część górną niezbędną do wykonania pomiarów geofizycznych, wykonanie pomiarów geofizycznych (MIT 60) w celu określenia stanu technicznego otworu tj. średnicy otworu, jego drożności, określenie głębokości występowania zasypu. W trakcie wykonywania pomiarów geofizycznych należy zwrócić szczególną uwagę na interwał zperforowany w głębokości 785,26-788,66 m. Na podstawie uzyskanych wyników z pomiarów geofizycznych należy podjąć decyzje co do zakresu dalszych prac. W przypadku stwierdzenia drożności otworu do stropu wykonanej perforacji rur (1275 m), ujętej do eksploatacji warstwy wodonośnej należałoby wykonać prace rekonstrukcyjne pozwalające na udrożnieniu warstwy złożowej. Z tym wiązałby się następujący zakres prac montaż urządzenia wiertniczego, odpłukanie zasypu do głębokości 1355 m i przeszablonowanie otworu w interwale 1270 1350 m w celu potwierdzenia prawidłowej średnicy wewnętrznej rur 9⅝, wykonanie zabiegów intensyfikacyjnych mających na celu poprawę własności kolektorskich warstwy wodonośnej, wykonanie krótkiego pompowania pomiarowego, ponowne sprawdzenie głębokości występowania zasypu i odpłukanie do głębokości 1355m, zafiltrowanie otworu filtrem Johnsona z obsypką żwirową i pakerem uszczelniającym, wykonanie pompowania pomiarowego ustalającego max wydajność otworu na samowypływie. Jeśli uzyskana wydajność byłaby niezadowalająca Inwestora, należałoby rozważyć możliwość zapuszczenia pompy głębinowej i powtórzyć pompowanie pomiarowe ustalając maksymalną wydajność, 21
opracowanie dodatku do dokumentacji hydrogeologicznej. Zaletą tego otworu jest to ze kolumna eksploatacyjna znajdująca się w otworze jest wykonana z rur nierdzewnych. Słabą stroną jest brak pełnych informacji dotyczących wykonywanych prac wiertniczych i badań hydrogeologicznych. 1.6.2. Wykonanie nowego otworu chłonnego Prace związane z wykonaniem nowego otworu chłonnego wiązałyby się z: wykonanie projektu robót geologicznych na rozpoznawanie i udokumentowanie wód termalnych w miejscowości Ciechocinek, uzyskanie decyzji środowiskowej planowanego przedsięwzięcia, wybranie w drodze przetargów nadzoru i dozoru geologicznego, oraz wykonawcy prac wiertniczych, odwiercenie i zarurowanie otworu chłonnego zgodnie z projektem robót geologicznych. Propozycja zarurowania: 0,0 40 rury stalowe ø 18⅝ (stal N - 80 ), 0,0-1250 rury fiberglass ø 9⅝, 1230-1352 filtr Johnson a ø 6 5 / 8 z częścią roboczą około 70 m, wykonanie badań hydrogeologicznych zgodnie z projektem robót geologicznych, wykonanie badań laboratoryjnych, uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego na zrzut solanki do pobliskiego cieku powierzchniowego, wybudowanie rurociągu tłocznego łączącego otwór nr 18 otwór chłonny, wykonanie pompowania eksploatacyjno-zatłaczającego, opracowanie dokumentacji otworowej, opracowanie dokumentacji hydrogeologicznej ustalającej zasoby eksploatacyjne wód termalnych wraz z określeniem warunków zatłaczania, opracowanie projektu zagospodarowania złoża, 22
uzyskanie koncesji na eksploatację wody termalnej, opracowanie planu ruchu zakładu górniczego, budowa infrastruktury geotermalnej. Otwór chłonny od otworu eksploatacyjnego powinien być oddalony min 1,2 km. Zlokalizowanie otworu chłonnego na działce Inwestora nie spełnia tych wymagań. Z uwagi na małą projektowaną głębokość otworu chłonnego i słabo zwięzłe piaskowce warstwy wodonośnej nie należy zakładać wykonanie otworu kierunkowego. Stąd potrzeba rozważenia lokalizacji otworu chłonnego poza Parkiem Zdrojowym. Wariant ten spełnia zasadniczą idee funkcjonowania obiektów geotermalnych. Eksploatowana woda zatłaczana jest do tej samej warstwy wodonośnej z której została pobrana. Umożliwia to utrzymać równowagę wymiany wód podziemnych i przeciwdziałać zjawisku zczerpywania złoża. 1.6.3. Wykonanie dubletu geotermalnego Prace jakie należałoby założyć przy realizacji dubletu geotermalnego przedstawiają się następująco: opracowanie projektu robót geologicznych na wykonanie dubletu geotermalnego, uzyskanie decyzji środowiskowej planowanego przedsięwzięcia, wybranie w drodze przetargów nadzoru i dozoru geologicznego oraz wykonawcy prac wiertniczych na wykonanie otworu eksploatacyjnego i chłonnego, odwiercenie i zarurowanie otworu eksploatacyjnego zgodnie z projektem robót geologicznych, Proponowana konstrukcja otworu eksploatacyjnego: 0,0 300 rury stalowe ø 13⅜ (stal N - 80 ), 200-1250 rury stalowe ø 9⅝ (stal N 80), 1230-1345 filtr Johnson a ø 6 5 / 8 z częścią roboczą około 70 m z obsypką żwirowa, 23
wykonanie badań hydrogeologicznych zgodnie z projektem robót geologicznych, wykonanie badań laboratoryjnych, opracowanie dokumentacji otworowej, uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego na zrzut solanki do pobliskiego cieku powierzchniowego, odwiercenie i zarurowanie otworu chłonnego zgodnie z projektem robót geologicznych, Proponowana konstrukcja otworu chłonnego 0,0 40 rury stalowe ø 18⅝ (stal N - 80 ), 0,0-1250 rury fiberglass ø 9⅝, 1230-1352 filtr Johnson a ø 6 5 / 8 z częścią roboczą około 70 m z obsypka żwirową, wykonanie badań hydrogeologicznych zgodnie z projektem robót geologicznych, wykonanie badań laboratoryjnych, wybudowanie rurociągu tłocznego łączącego otwór eksploatacyjny z otworem chłonnym, wykonanie pompowania eksploatacyjno-zatłaczającego, opracowanie dokumentacji otworowej, opracowanie dokumentacji hydrogeologicznej ustalającej zasoby eksploatacyjne wód termalnych wraz z określeniem warunków zatłaczania, opracowanie projektu zagospodarowania złoża, uzyskanie koncesji na eksploatację wody termalnej, opracowanie planu ruchu zakładu górniczego, budowa infrastruktury geotermalnej, Na potrzeby gromadzenia solanki pochodzącej w pompowań oczyszczających należy założyć wybudowanie zbiornika zrzutowego. Zbiornik taki powinien być wykonany na etapie rozpoczęcia wiercenia otworu eksploatacyjnego. 24
Otwór chłonny od otworu eksploatacyjnego powinien być oddalony min 1,2 km. Zlokalizowanie otworu chłonnego i eksploatacyjnego na działce Inwestora nie spełnia tych wymagań. Z uwagi na małą projektowaną głębokość otworów i słabo zwięzłe piaskowce warstwy wodonośnej nie należy zakładać wykonanie otworów kierunkowych. Stąd potrzeba rozważenia lokalizacji otworu chłonnego poza Parkiem Zdrojowym. Rozwiązanie to gwarantuje prawidłową pracę instalacji geotermalnej przez długi okres czasu. 1.6.4. Możliwości zatłaczania wody pozabiegowej - korzyści i zagrożenia Wykorzystanie wód termalnych w celach balneologiczno-rekreacyjnych jest w Polsce coraz bardziej popularne. Dość sporym problemem jest jednak zrzut wykorzystanej w basenach wody termalnej i solanki. Wody termalne wykorzystywane w balneologii i rekreacji mogą być zrzucane do cieków powierzchniowych, jeśli spełnione są warunki określone ustawowo 3,4. Wprowadzanie ścieków do wód powierzchniowych nie powinno powodować pogorszenia stanu wód i ekosystemów od nich zależnych, związane jest to również z koniecznością ponoszenia opłat za korzystanie ze środowiska. Zrzut do cieków powierzchniowych wód wykorzystanych w balneologii i rekreacji wymaga uzyskania pozwolenia wodno-prawnego. Pozwolenie to określa między innymi ilość i skład ścieków, dopuszczalne ilości zanieczyszczeń oraz niezbędne przedsięwzięcia ograniczające negatywne oddziaływanie na środowisko 5. Tak więc, można stwierdzić, że zrzut dużych ilości wody pozabiegowej do cieków powierzchniowych może stanowić zagrożenie dla środowiska naturalnego oraz podraża eksploatację wody termalnej w wyniku konieczności uiszczania opłat za korzystanie z kanalizacji solankowej. Zaletą ta- 3 Ustawa z dnia 18 lipca 2001r. Prawo wodne (Dz. U. z 2005 r. Nr 239, poz. 2019). 4 Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001r. Prawo Ochrony środowiska (Dz. U. z 2008 r. Nr 25, poz. 150). 5 Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U. z 2006 r. Nr 137, poz. 984). 25
kiego systemu może być fakt braku negatywnego wpływu zrzucanej wody pozabiegowej na pracę instalacji pozyskiwania wody termalnej. Innym rozwiązaniem związanym z utylizacją wody pozabiegowej może być jej zatłaczanie do tej samej warstwy wodonośnej z której została ona pobrana. W tym przypadku system eksploatacji będzie składał się z dwóch otworów tzw. dubletu geotermalnego. Jeden z otworów będzie pełnił rolę otworu eksploatacyjnego, a drugi będzie otworem chłonnym. Wydobyta woda termalna będzie przepompowywana do odbiorców, czyli basenów balneologicznych i rekreacyjnych, a po jej zużyciu będzie ona zatłaczana do górotworu za pomocą otworu chłonnego. Zaletą zatłaczania wód pozabiegowych do górotworu niewątpliwie będzie ograniczenie ich negatywnego wpływu głównie na wody powierzchniowe. Rozwiązanie takie mogłoby pracować nie tylko na potrzeby spółki Term Ciechocinek, ale również mogłoby zatłaczać wody pozabiegowe powstające w innych obiektach sanatoryjnych, uzdrowiskowych i rekreacyjnych działających na terenie Ciechocinka. Inną zaletą wykorzystania otworu chłonnego mogą być względy ekonomiczne podczas eksploatacji instalacji geotermalnej. W tym przypadku spółki Tremy Ciechocinek uniknęłyby konieczności uiszczania opłat za korzystanie z kanalizacji solankowej a jedynie uiszczałyby znacznie niższą opłatę za korzystanie ze środowiska. Dodatkowo Spółka mogłaby świadczyć usługi zatłaczania wód wykorzystanych w innych obiektach (warunkiem jest tutaj przygotowanie odpowiedniej sieci rurociągów). Dość istotną wadą rozważanego rozwiązania będą koszty inwestycyjne. W stosunku do rozwiązania ze zrzutem wód do cieków powierzchniowych należy tutaj wykonać dodatkowy nowy otwór chłonnych. Ze względu na problemy z korozją rur stalowych w innych podobnych instalacjach działających na terenie Niżu Polskiego, kolumna eksploatacyjna planowanego otworu chłonnego musi być wykonana z materiałów odpornych na korozyjne działanie wody termalnej. Obecnie nowe otwory chłonne wykonywane są w technologii rur z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym - fiberglass. Jeśli spółka Termy Ciechocinek zdecydowałyby się na zatłaczanie wód pozabiegowych z innych ośrodków to konieczne będzie wybudowanie sieci rurociągów, które będą zbierały zużytą wodę i będą ją transportowały do otworu chłonnego. W tym 26
przypadku materiał rurociągu również powinien być odporny na korozyjne działanie wody termalnej. Najkorzystniej byłoby, aby rurociągi były wykonane z tych samych materiałów co kolumna eksploatacyjna otworu chłonnego. Woda wykorzystywana w basenach będzie posiadała różnego rodzaju zanieczyszczenia: głównie chemiczne, mechaniczne i bakteriologiczne. Tak więc woda pozabiegowa będzie musiała być poddana gruntownemu oczyszczeniu. Konieczny będzie zakup dodatkowych urządzeń takich jak: odżelaziacz, filtry KKf i lampy UV. Urządzenia te wyeliminują z wykorzystanej wody termalnej zanieczyszczenia mechaniczne i bakteriologiczne. Pozostaje jednak problem zmiany chemicznej wody. W większości przypadków woda termalna i solanka do zabiegów będą rozcieńczane wodą słodką. Takie rozcieńczenie na pewno będzie miało miejsce przy rekreacyjnym wykorzystaniu wody podziemnej. Fakt, że zatłaczana woda pozabiegowa będzie miała inny skład chemiczny niż woda złożowa, niewątpliwie przysporzy sporo problemów przy wyborze lokalizacji otworu chłonnego. Ze względu na to, że teren należący do spółki Termy Ciechocinek znajduje się na terenie uzdrowiska i dodatkowo położony jest pomiędzy tężniami najprawdopodobniej konieczne będzie wskazanie innej jego lokalizacji. Ze względu na posiadany przez miasto Ciechocinek status uzdrowiska przy planach zrzutu wody pochodzącej z balneologii i rekreacji mogą zaistnieć również problemy natury prawnej. Konieczne będzie uzyskanie koncesji na zrzut takiej wody do otworu chłonnego. Największym jednak zagrożeniem dla zrzutu wód pochodzenia balneologicznorekreacyjnego do górotworu może okazać się utrzymanie odpowiedniego stanu technicznego otworu chłonnego. Zasada działania dubletu geotermalnego polega na konieczności zatłaczania w tym samym czasie tyle samo wody termalnej ile zostało wyeksploatowanej. Z doświadczeń wynikających z obserwacji dubletów geotermalnych działających w ciepłowniach geotermalnych wynika, że z biegiem czasu można zatłaczać coraz mniejsze ilości wody termalnej. Szczególnie jest to widoczne na Niżu Polskim, gdzie zlokalizowany jest Ciechocinek. Utworu jury dolnej na Niżu Polskim charakteryzują się kolektorem wodonośnym porowym, a woda termalna musi być wtłaczana w piaskowce. Jest to zupełnie inna budowa geologiczna niż w Uzdrowisku 27
Ustroń, gdzie wody pozabiegowe wtłaczane są do kolektora szczelinowego. Mimo wszystko, również i w Ustroniu występują problemy kolmatacji otworu chłonnego i warstwy przyodwiertowej 6. Obecnie we wszystkich ciepłowniach zatłaczających schłodzone wody termalne otworem chłonnych występują problemy z utrzymaniem chłonności. Nadmienić tutaj trzeba, że eksploatacja w tych instalacjach następuje w systemie zamkniętym, czyli bez dostępu tlenu. Woda pochodząca z basenów będzie wodą natlenioną, w której odbywają się dodatkowe procesy chemiczne. Taka woda po wtłoczeniu do otworu chłonnego powoduje jego zatykanie się produktami wytrącającymi się z zawierającej tlen wody termalnej. Najpoważniejszym problemem jest wtłaczanie związków chemicznych do kolektora porowego, gdzie następuje powolne uszkadzanie warstwy wodonośnej. W instalacjach geotermalnych celem udrożnienia przepływu w otworze chłonnym stosowane są zabiegi kwasowania. Po takim zabiegu następuje poprawa chłonności jednak po pewnym czasie rejestruje się ponowne ich pogorszenie. Każdy zabieg intensyfikacji przepływu w otworze chłonnym związany jest z dodatkowymi kosztami eksploatacyjnymi. Obserwacje takie prowadzone są w Geotermii Pyrzyce, Geotermii Uniejów i Geotermii Stargard Szczeciński. Zbyt duże zanieczyszczenia zatłaczanej wody termalnej mogą spowodować całkowite zniszczenia strefy przyodwiertowej oraz w konsekwencji unieruchomienie otworu chłonnego. 6 Waligóra J., Sołtysiak M.: Zatłaczanie wód pozabiegowych w utwory serii węglanowej dewonu w Uzdrowisku Ustroń. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 445, Warszawa 2011, s. 701-708. 28
Rozdział 2. ANALIZA ROZWIĄZAŃ TECHNICZNYCH 2.1. Możliwości pozyskiwania i zagospodarowania wody termalnej 2.1.1. Systemy pozyskiwania wody termalnej W większości przypadków, aby móc wykorzystywać energię wód termalnych należy wykonać odwiert geotermalny, którego głębokość może wynosić kilka tysięcy metrów. Odwierty takie wykonuje się na podstawie zatwierdzonej dokumentacji prac geologicznych. Zasadniczym celem wykonywania otworów geotermalnych jest umożliwienie eksploatacji bądź zatłaczania wód. Jednakże z reguły otwór geotermalny ma do spełnienia rolę znacznie szerszą. Ze względu na to, że głębokie poziomy wód termalnych są słabo rozpoznane, każdorazowo zachodzi konieczność przeprowadzenia w wykonanym otworze specjalistycznych badań geofizycznych i hydrogeologicznych zmierzających do przebadania poziomu wodonośnego. Konstrukcja otworu, a także harmonogram prac wiertniczych muszą być dopasowane do tego celu. Jako naczelną zasadę przy projektowaniu prac wiertniczych należy przyjąć, że otwór, który odwiercany jest jako pierwszy w dublecie spełnia rolę otworu badawczego. Otwór badawczy natomiast powinien być tak zaprojektowany, aby po zakończeniu badań mógł być wykorzystany jako otwór eksploatacyjny 7. Biorąc pod uwagę stopień mineralizacji nośników ciepła, systemy pozyskiwania energii geotermalnej można podzielić na jednootworowe i dwuotworowe. 7 Kapuściński J., Nagy S., Długosz P., Biernat H., Bentkowski A., Zawisza L., Macuda J., Bujakowska K.: Zasady i metodyka dokumentowania zasobów wód termalnych i energii geotermalnej oraz sposoby odprowadzania wód zużytych - poradnik metodyczny. Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych I Leśnictwa, Warszawa 1997r. 29
Jednootworowe systemy eksploatacyjne stosowane są głównie w przypadku wód termalnych słabo zmineralizowanych. Przy tego typu systemie woda termalna doprowadzana jest do wymiennika ciepła lub bezpośrednio do basenu, najczęściej za pomocą pompy głębinowej (rzadziej za pomocą samowypływu) umieszczonej w otworze eksploatacyjnym. W tym systemie woda termalna opuszczająca wymiennik ciepła lub basen może być skierowana do zbiornika retencyjnego, cieków powierzchniowych lub do kanalizacji miejskiej. W przypadku wód termalnych o wysokim stopniu mineralizacji (niemożliwy zrzut do wód powierzchniowych) najczęściej stosowane są dwuotworowe systemy eksploatacyjno-zatłaczające. Podstawową zasadą działania dubletu geotermalnego jest zapewnienie ciągłości przepływu pomiędzy otworem eksploatacyjnym i otworem zatłaczającym, wynikające z konieczności wtłaczania w tym samym czasie wydobytej wody ze złoża. Odległość miedzy odwiertami produkcyjnym i chłonnym obliczana jest na podstawie modelu matematycznego. Dobrana jest w taki sposób, aby zoptymalizować czas dojścia wody schłodzonej z otworu zatłaczającego do otworu eksploatacyjnego. W przypadku kiedy nie istnieje możliwość wykonania odwiertu chłonnego w odległości gwarantującej prawidłową pracę układu stosuje się odwierty kierunkowe, które wchodzą w złoże w odpowiedniej odległości. 2.1.2. Możliwości wykorzystania wody termalnej Możliwości wykorzystania wód termalnych zależą głównie od ich temperatury. Wyróżnić można dwa główne sposoby wykorzystania energii geotermalnej. Z jednej strony jest to wykorzystanie płynów o odpowiednio wysokiej temperaturze i ciśnieniu do wykonania pracy w turbinie napędzającej generator energii elektrycznej, z drugiej - bezpośrednie wykorzystanie złóż nisko- i średnio-temperaturowych głównie w ciepłownictwie (wody o temperaturze powyżej 50 o C), ale także do celów rekreacyjnych, leczniczych, balneologicznych, czy też w rolnictwie (wody o temperaturze poniżej 50 o C) 8. 8 Oniszk-Popławska A., Zowski M., Rogulska M.: Ciepło z wnętrza ziemi - Podstawowe informacje na temat wykorzystania energii geotermalnej. EC BREC/IBMER, Warszawa-Gdańsk 2003r. 30
Do początku lat 90 ubiegłego wieku na terenie Polski wody termalne wykorzystywane były głównie w lecznictwie i rehabilitacji w różnego rodzaju uzdrowiskach. Wykorzystanie wód termalnych na terenie Polski sięga swoją historią do 1288 r. kiedy to w Cieplicach powstał dom zdrojowy. Obecnie na terenie naszego kraju udokumentowane są 83 złoża wód leczniczych i solanek, a 27 z nich to złoża wód termalnych. Obecnie wody termalne w Polsce wykorzystuje sie w siedmiu uzdrowiskach: Ciechocinek, Cieplice Śląskie Zdrój, Iwonicz Zdrój, Lądek Zdrój, Duszniki Zdrój, Rabka Zdrój i Ustroń 9. Dopiero w latach 90-tych XX wieku na terenie Polski rozpoczęto wykorzystywanie energii wód termalnych w ciepłownictwie. Do 2005r. na terenie Polski powstało pięć ciepłowni geotermalnych: Bańska-Niżna (1993r.), Pyrzyce (1997r.), Mszczonów (1999r.), Uniejów (2001r.), Stargard Szczeciński (2005r.) 10,11. Oprócz lecznictwa uzdrowiskowego i pozyskiwania ciepła geotermalnego na terenie Polski wody termalne wykorzystywane są od kilku lat w balneologii i rekreacji. Woda termalna do celów balneologicznych i rekreacyjnych wykorzystywana jest obecnie w ośmiu ośrodkach: Geotermia Grudziądz (2006r.), Aquapark Zakopane (2006r.), Kąpielisko geotermalne na Polanie Szymoszkowej (2007r.), Termy Szaflary (2008r.), Termy Mszczonów (2008r.), Termy Uniejów (2008r.), Terma Bukowina Tatrzańska (2008r.), Terma Bania - Białka Tatrzańska (2011r.) 12. 9 Noga B., Kosma Z.: Obecny stan wykorzystania wód termalnych i energii geotermalnej w Polsce. Logistyka 6/2011, s. 3079-3088. 10 Noga B.: Energetyczne wykorzystanie wód termalnych w Polsce - stan obecny i planowany, Materiały VII Ogólnopolskiego Seminarium - Odnawialne źródła energii (pod red. J. Kalotki). Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego, Radom 2011, 68-82. 11 Biernat H., Kapuściński J, Noga B., Martyka P.: Przegląd realizowanych i planowanych projektów wykorzystania wód i energii geotermalnej na Niżu Polskim, Materiały konferencyjne III-go Ogólnopolskiego Kongresu Geotermalnego, Lądek Zdrój 2011. 12 Noga B., Kosma Z.: Obecny stan wykorzystania wód termalnych i energii geotermalnej w Polsce. Logistyka 6/2011, s. 3079-3088. 31
2.1.3. Możliwości balneo-rekreacyjnego wykorzystania wody termalnej Wody o podwyższonej mineralizacji i zawartości składników swoistych są szczególnym rodzajem wód podziemnych, cennym z uwagi na możliwość wykorzystywania do celów leczniczych, balneoterapeutycznych i rekreacyjnych. Status leczniczej wody termalnej nadaje się wodzie podziemnej, wykazującej na wypływie temperaturę co najmniej 20 o C. Zostało to ustalone podczas Międzynarodowego Kongresu Balneologicznego w Nauheim w 1911r. Jest to wartość całkowicie umowna, bez uzasadnienia medycznego a jedynie zgodna z ustaloną w hydrogeologii, gdzie przyjmuje się jako kryterium średnią temperaturę roczną powietrza, z którego obszaru pochodzi woda. Różny jest natomiast podział wód termalnych stosowany w geologii i balneologii. W podziale geologicznym wyróżnia się wody 13 : bardzo zimne o temperaturze do 4 o C, zimne o temperaturze 4 20 o C, ciepłe o temperaturze 20 37 o C, gorące o temperaturze 37 42 o C, bardzo gorące o temperaturze 42 100 o C, wrzące o temperaturze powyżej 100 o C. W podziale leczniczych wód termalnych stosuje się kryterium fizjologiczne, tj. normalną temperaturę ciała człowieka, czyli 37 o C. Wyróżnia sie zatem wody 14 : hipotermalne o temperaturze poniżej 37 o C, izotermalne o temperaturze bliskiej 37 o C, hipertermalne o temperaturze powyżej 37 o C. Według kryterium odczuwalnego przez człowieka wody dzieli się na 15 : chłodne o temperaturze 20 27 o C, letnie o temperaturze 28 33 o C, 13 Pazdro Z.: Hydrogeologia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1977r. 14 Latour T.: Aktualny stan i dalsze możliwości wykorzystania w Polsce wód termalnych do celów leczniczych, profilaktycznych oraz rekreacji. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój nr 2/2007. 15 Ponikowska I.(red.): Medycyna uzdrowiskowa w zarysie. Wydawnictwo Watext's, Warszawa 1995r. 32