Zacznijmy wykorzystywać energię odnawialną

Z dr inż. Aleksandrą Borsukiewicz-Gozdur, pracownikiem naukowym Katedry Techniki Cieplnej Politechniki Szczecińskiej, rozmawia Mariusz Bober

Z badań prof. Juliana Sokołowskiego wynika, że wody geotermalne występują na ponad 80 proc. terytorium naszego kraju, a mimo to są wykorzystywane w mniejszym stopniu niż np. w Niemczech, gdzie źródła geotermalne występują tylko na 60 proc. terytorium. Dlaczego tak słabo wykorzystujemy ten ogromny potencjał?

– W przypadku zasobów geotermalnych istotniejsza jest jakość tych wód niż ich ilość. Są różne zasoby, nie wystarczy znaleźć ciepłą wodę pod ziemią, ale musi ona mieć jeszcze odpowiednią temperaturę i wydajność. Bardzo istotną cechą jest także stopień mineralizacji wody, popularnie nazwany zasoleniem. Wskazane jest, aby zawartość substancji mineralnych była jak najniższa. Jednak rzeczywiście można porównywać zasoby geotermalne Polski i Niemiec. Czasami nawet w formie anegdoty opowiadam, że Niemcy jeszcze do pewnego czasu byli od nas tylko o jedną elektrownię geotermalną lepsi, bo mieli właśnie jedną elektrownię, a my żadnej… Jednak niedawno uruchomili dwie kolejne siłownie, z których jedna ma moc elektryczną zainstalowaną około 4 MWel. Władze Niemiec wdrożyły po prostu lepszą politykę w tym zakresie. Chodzi tu nie tylko o geotermię, ale także inne sposoby wykorzystania odnawialnych źródeł energii, np. elektrownie wiatrowe, słoneczne czy zasilane biomasą. W Polsce powinno być bardziej przyjazne prawo, m.in. prawo podatkowe. Tak naprawdę te problemy są największe, nawet nie koszty, choć to również jest poważna sprawa, np. koszt wykonania przyłącza prądu oraz koszt utrzymywania tego przyłącza w całym okresie eksploatacji – jest to szczególnie istotne dla małych producentów, a o takich głównie rozmawiamy. W Niemczech w energetykę geotermalną, i w ogóle OŹE, inwestują głównie władze poszczególnych landów.


A może Niemcy lepiej wykorzystują swoje zasoby energii odnawialnej, bo mają je bardziej dostępne i stwarzają korzystniejsze warunki eksploatacji?

– Nie znam dokładnie warunków niemieckich. Jednak na podstawie wiedzy o naszych zasobach geotermalnych mogę powiedzieć, że problem z wykorzystaniem energii geotermalnej nie leży raczej w „korzystniejszych warunkach eksploatacji”. Polskie zasoby geotermalne zmagazynowane są w okręgach i subbasenach zlokalizowanych przede wszystkim w pasie szczecińsko-łódzkim oraz grudziądzko-warszawskim. Korzystnymi warunkami geotermalnymi charakteryzuje się także Toruń. Przy tej okazji chciałabym dokonać ważnego rozróżnienia między energią geotermalną i geotermiczną. Otóż energia geotermalna to energia wody, a najczęściej solanki, wydobywanej z głębi ziemi. Natomiast energię geotermiczną uzyskujemy z podgrzania substancji wtłoczonej w głąb ziemi i ogrzanej, np. od gorących suchych skał, a następnie wydobytej na powierzchnię. Innymi słowy, energię geotermiczną pozyskuje się tam, gdzie nie występują warstwy wodonośne. Temperatura energii geotermicznej i geotermalnej zależy także od głębokości odwiertu. W niektórych regionach Polski na głębokości 3 tys. metrów można uzyskać temperaturę nawet powyżej 120 st. C, natomiast na głębokości 4 km ok. 130 st. C. Jednak rozstrzygającym czynnikiem, decydującym o możliwości eksploatacji jest występowanie poziomów wodonośnych o odpowiedniej wydajności. Dlatego przed wykonaniem inwestycji trzeba przeprowadzić odpowiednie badania.


Czyli możemy wykorzystywać wody geotermalne nawet do produkcji energii elektrycznej?

– Oczywiście. Są badania, z których wynika, że spośród odnawialnych źródeł energii geotermia ma w Polsce największy – obok wykorzystania energii słonecznej – potencjał. Jest ona wymieniana jako jedna z pięciu grup polskich zasobów energii odnawialnej. Spośród nich najlepiej wykorzystywana jest obecnie energia spadku wód powierzchniowych, a i tak stanowi to tylko 1 procent (na 3 proc.) energii elektrycznej, produkowanej u nas ze źródeł odnawialnych. Tymczasem powinniśmy produkować co najmniej 8 procent. Mam nadzieję, że to się zmieni w najbliższym czasie.


Są jakieś techniczne trudności w wykorzystywaniu tych zasobów w Polsce?

– Występują pewne trudności, np. szczególnie w Polsce Północno-Zachodniej możemy pozyskiwać głównie wody wysoko zmineralizowane. Oznacza to, że nie możemy ich bezpośrednio wykorzystać do produkcji ciepła czy energii elektrycznej, ponieważ ciecz o wysokiej zawartości związków mineralnych działa szkodliwie na elementy instalacji. Ponadto może okazać się, że wydajność geopłynu w danym miejscu jest zbyt mała, by tłoczyć ją na powierzchnię w celach energetycznych. Bardzo istotnym problemem jest także kwestia zatłaczania wody. Mianowicie, gdy wody geotermalne są wysoko zmineralizowane, to po odzyskaniu ciepła trzeba je ponownie wtłoczyć do wnętrza ziemi. W niektórych miejscach, jak np. w Stargardzie Szczecińskim, są z tym ogromne problemy. Związane jest to z budową geologiczną, a sam proces wtłaczania wymaga znaczącego nakładu energii. Takiego problemu nie ma w Geotermii Podhalańskiej, gdzie woda po oddaniu ciepła jako chłodna i przez to cięższa sama zatłacza się do otworu chłonnego. Także w Mszczonowie nie występuje problem zatłaczania, ponieważ woda geotermalna ze względu na niską mineralizację stanowi źródło wody pitnej dla mieszkańców.


Biorąc pod uwagę Pani wypowiedź na temat stopnia mineralizacji występujących w naszym kraju wód geotermalnych, można postawić tezę, że może jeszcze większą niż elektrownie i ciepłownie przyszłość mają ośrodki uzdrowiskowe i wypoczynkowe wykorzystujące właśnie ciepłe wody o dużym stopniu mineralizacji?

– Rzeczywiście. Były nawet pomysły, aby np. sól odfiltrowaną z wody geotermalnej wydobywanej w Pyrzycach używać jako soli do kąpieli. Zresztą należy jak najszerzej wykorzystywać wody geotermalne, ponieważ wówczas mamy najwyższy stopień wykorzystania wody i tak już wydobytej na powierzchnię. Dlatego, moim zdaniem, należy myśleć najpierw o tworzeniu elektrowni, następnie ciepłowni, a potem wykorzystywaniu źródeł geotermalnych np. przy hodowli ryb, pozyskiwaniu wody geotermalnej do basenów czy ośrodków uzdrowiskowych.


Właśnie, jednak dla wielu osób hasło elektrownia geotermalna w Polsce brzmi jak pieśń przyszłości, by nie powiedzieć mrzonka. Nawet w fachowych opracowaniach znajdują się informacje, że – by elektrownia funkcjonowała – należy wydobywać wodę o temperaturze ponad 100 st. C na wypływie?

– Nie zgadzam się z tym. Pierwsza elektrownia geotermalna powstała we Włoszech w 1904 roku. Wykorzystywano wówczas parę wodną o temperaturze ok. 200 stopni, która napędzała turbinę, wytwarzając prąd. W Polsce temperatury zasobów geotermalnych są znacznie niższe, dlatego u nas nie da się budować tego typu elektrowni. Jednak istnieją inne możliwości, np. stosowanie tzw. układu ORC, czyli Organicznego Obiegu Rankine’a. W takiej elektrowni woda geotermalna jest tylko nośnikiem ciepła, które oddaje w wymienniku ciepła do substancji roboczej. Medium roboczym jest zazwyczaj substancja organiczna o odpowiednio dobranych parametrach, a najistotniejszym jest w miarę niska temperatura wrzenia. Substancja ta podgrzewa się i odparowuje kosztem energii geotermalnej, a następnie rozpręża się w turbinie parowej, napędzającej generator prądotwórczy. Pierwsza tego typu elektrownia powstała na Kamczatce w 1964 roku. Temperatura wykorzystywanej tam wody geotermalnej wynosiła 81 stopni. Co prawda tam są inne warunki otoczenia, ale jak widać, można budować elektrownie wykorzystujące wodę o temperaturze niższej niż 100 stopni Celsjusza.


Powiedziała Pani, że z powodów ekonomicznych najlepszym rozwiązaniem jest jak najszersze wykorzystanie energii geotermalnej. Jak konkretnie można łączyć te inwestycje, np. tworzenie elektrociepłowni?

– Tak. W Polsce właściwie mamy tylko ciepłownie geotermalne. Trzeba sobie jednak uświadomić, że one są używane tylko przez kilka miesięcy w roku. Tymczasem ze względów technologicznych otwory: chłonny i zatłaczający, muszą pracować bez przerw.


Wówczas można wykorzystywać tę energię do podgrzania ciepłej wody użytkowej, a niekiedy właśnie jako c.w.u.

– Tak, ale to również niewielka aktywność i zasoby są w tym czasie w dużej mierze niewykorzystane. Dlatego najlepsze jest sprzęgnięcie takiego projektu np. z balneologią [wykorzystanie wód geotermalnych do celów leczniczych, głównie kąpiele – przyp. red.], a najlepiej z elektrownią geotermalną. Zaletą tego rozwiązania jest to, że prąd jest wykorzystywany przez cały rok, nawet intensywniej w okresie letnim. Ponadto wykorzystanie ciepła powinno mieć miejsce jak najbliżej ujęcia, dlatego że koszt ciepła rośnie wykładniczo z odległością, na jaką to ciepło jest przesyłane. Tego problemu nie ma w przypadku produkcji prądu. Technologia przesyłu, rozdzielania, przetwarzania prądu elektrycznego na inne formy energii jest dobrze opanowana.


Jak dużych nakładów wymaga budowa elektrowni geotermalnej? Jako jedna z barier rozwoju w Polsce geotermii wymieniane są właśnie duże koszty początkowe tych inwestycji, nierekompensowane przez władze?

– Niestety, nie mamy jeszcze pełnych danych na temat kosztów budowy w Polsce elektrowni geotermalnej, bo do tej pory nie powstała żadna. Pomocą w oszacowaniu takich kosztów będzie być może doświadczalna instalacja, która powstanie do września w Katedrze Techniki Cieplnej Politechniki Szczecińskiej, gdzie pracuję. Jednak moim zdaniem nie będą to porażające koszty. Uważam, że megawatogodzina wyprodukowana przez elektrownię geotermalną będzie tańsza w porównaniu z innymi źródłami pozyskiwania energii, ponieważ w tym wypadku ponosimy przede wszystkim koszty inwestycyjne przy minimalnych kosztach eksploatacyjnych. Nie należy bać się tej technologii. Badania i stosowanie technologii ORC na świecie jest dość zaawansowane. Właściwie już moglibyśmy rozpocząć budowę takiej pilotażowej elektrowni. Mam nadzieję, że przeprowadzone przez nas w Katedrze Techniki Cieplnej badania doświadczalne z wykorzystaniem nowej proekologicznej substancji roboczej będą przełomem w tej sprawie.


Kiedy pierwsza taka elektrownia mogłaby powstać? Czy trzeba ją budować „od podstaw”, czy można byłoby np. rozbudować w tym celu którąś z działających obecnie w Polsce ciepłowni?

– Jestem zwolenniczką budowania elektrowni w działających już ciepłowniach lub przynajmniej z wykorzystaniem istniejących odwiertów. Całkowicie nowy zakład generuje nowe koszty, m.in. najbardziej kosztowne wiercenia otworów. Nie powinniśmy obawiać się budowy elektrowni geotermalnej, przecież na świecie działa ich już wiele. Obecnie główną nowością wymagającą badań byłoby jedynie zastosowanie nowych substancji jako czynników roboczych. Elektrownie takie mogłyby mieć sprawność rzędu 15 proc., co już przekonuje wielu badaczy.


Innych pewnie nie przekonuje. Opłaca się w takim razie inwestować w elektrownie geotermalne?

– W Niemczech po wybudowaniu pierwszej pilotażowej w 2003 r., pomimo wielu trudności eksploatacyjnych, jakie napotkano, ale i zdobyciu doświadczenia, którego nie można nabyć, czytając naukowe artykuły, zdecydowano się na budowę kolejnych dużych jednostek. Jednak w skali globalnej liderem w tej dziedzinie są Stany Zjednoczone i Filipiny.


Amerykanie kierują się głównie bezpieczeństwem energetycznym, a z drugiej strony zwiększają dzięki temu ilość miejsc pracy u siebie…

– Dla nas również te powody są istotne. Moim zdaniem, przyszłością światowej energetyki są źródła rozproszone, tak aby nie uzależniać się od jednego surowca. Bardzo ważne jest też, że energia geotermalna jest „czysta”. Gdy w Zakopanem zaczęto ogrzewać domy właśnie energią z wnętrza Ziemi, śnieg znów stał się biały… Ważne są jednak także powody ekonomiczne. Przy obecnych cenach paliw kopalnych odnawialne źródła energii stają się naprawdę konkurencyjne. Ceny paliw kopalnych raczej nie spadną, ponieważ paliwa te wyczerpują się. W tej sytuacji będziemy mieli tylko taką perspektywę: albo energia odnawialna, albo jądrowa, a to jest trudny temat, bo większość społeczeństwa wolałaby z okna własnego domu widzieć raczej zakład geotermalny niż elektrownię atomową. Ponadto produkcja osprzętu i maszyn niezbędnych do budowy elektrowni z czynnikiem organicznym to rozwój technologiczny, innowacyjne rozwiązania, co w perspektywie generować będzie nowe miejsca pracy i rozwój gospodarki. Ponadto wiedza i doświadczenie zdobyte przy projektowaniu, budowie i eksploatacji elektrowni geotermalnych może być wprost przeniesiona na inne źródła energii niskotemperaturowej, np. energii odpadowej, poprocesowej.


Unia Europejska zobowiązała wszystkie kraje członkowskie, by do 2020 r. co najmniej 20 proc. produkowanej energii pochodziło ze źródeł odnawialnych. Jak duży udział w ogólnym bilansie energetycznym Polski mogłaby mieć energia geotermalna?

– 2020 r. to odległa perspektywa, a już w 2010 roku powinniśmy osiągnąć poziom 10 proc. energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w ogólnym bilansie energetycznym, tymczasem obecnie mamy ok. 3 procent. Dlatego władze powinny rozważyć, czy lepiej środki przeznaczyć na badania i rozwój, czy kary. Jeśli zaś chodzi o udział energii geotermalnej w całej puli Odnawialnych Źródeł Energii (OŹE), myślę, że ma ona (oraz energia geotermiczna) największe perspektywy, obok wykorzystania spadku wód.


Działające w Polsce zakłady geotermalne skupiają się przede wszystkim na wykorzystaniu energii geotermalnej do ogrzewania domów. Prawdą jest, że to najtańsze źródło ciepła?

– Posłużę się danymi z 2004 roku. Koszt produkowanej energii w PLN/GJ (cena brutto) sprzedawanej na sposób ciepła wynosił: na Podhalu 27.8, w Mszczonowie 28.5, w Pyrzycach 37.9 i w Uniejowie 38. Dla porównania koszt produkcji ciepła z oleju opałowego w Uniejowie wyniósł ok. 60 PLN/GJ, a z miału

20 PLN/GJ. Myślę, że dane za rok 2008 będą jeszcze bardziej korzystne dla geoenergetyki.


Dziękuję za rozmowę.