Energia geotermalna ? jak działa i gdzie jest wykorzystywana?

Elektrownia geotermalna stanowi jeden z najbardziej stabilnych i ekologicznych sposobów pozyskiwania energii odnawialnej. Wykorzystując naturalne ciepło Ziemi, technologia ta umożliwia produkcję energii elektrycznej oraz cieplnej bez emisji szkodliwych gazów cieplarnianych. Zjawisko to ma szczególne znaczenie w kontekście globalnych dążeń do dekarbonizacji gospodarki i zwiększania udziału czystych źródeł energii w miksie energetycznym.

Z artykułu dowiesz się:

• Jakie są podstawowe zasady działania i najważniejsze rodzaje zasobów geotermalnych?
• Na czym polega funkcjonowanie elektrowni geotermalnej oraz jakie elementy są niezbędne dla jej budowy?
• Jakie są perspektywy i wyzwania związane z wykorzystaniem energii geotermalnej?
• Jakie korzyści i ograniczenia wiążą się z energetyką geotermalną?

Energia geotermalna, w przeciwieństwie do innych odnawialnych źródeł energii, charakteryzuje się niezależnością od warunków atmosferycznych. Nie jest uzależniona od nasłonecznienia jak fotowoltaika czy wiatru jak turbiny wiatrowe. Dostępność tego źródła energii przez całą dobę, 365 dni w roku, przy minimalnym wpływie na środowisko, czyni z niej atrakcyjną alternatywę dla paliw kopalnych.

Jak powstaje energia geotermalna?

Energia geotermalna pochodzi z wnętrza Ziemi, gdzie temperatura sięga nawet 5000°C. Ciepło to jest generowane głównie przez naturalne procesy rozpadu pierwiastków promieniotwórczych oraz ciepło pozostałe z okresu formowania się planety. W miarę zbliżania się do powierzchni Ziemi temperatura stopniowo maleje, jednak nawet na stosunkowo niewielkich głębokościach może być wystarczająco wysoka, aby znaleźć praktyczne zastosowanie. Proces pozyskiwania energii geotermalnej opiera się na wykorzystaniu gorącej wody lub pary wodnej uwięzionej w skałach pod powierzchnią ziemi. Woda ta może naturalnie występować w warstwach wodonośnych lub być wprowadzana do gorących, suchych skał w celu ich schłodzenia i pozyskania energii cieplnej. Podstawowe rodzaje potencjału geotermalnego obejmują:

• zasoby hydrogeotermalne – gorąca woda lub para uwięziona w przepuszczalnych warstwach skał;
• zasoby petrotermalne – energia zgromadzona w gorących, suchych skałach;
• zasoby magmowe – energia cieplna płynnej magmy;
• zasoby geociśnieniowe – gorąca woda pod wysokim ciśnieniem.

Każdy z tych typów wymaga specyficznej technologii wydobycia i przetwarzania, aby efektywnie wykorzystać zawartą w nim energię.

Jak działa elektrownia geotermalna?

Elektrownia geotermalna wykorzystuje naturalną energię cieplną Ziemi do produkcji prądu elektrycznego. Proces ten rozpoczyna się od wywiercenia otworów wydobywczych, sięgających do warstw wodonośnych zawierających gorącą wodę lub parę. W zależności od temperatury złoża oraz konstrukcji elektrowni stosuje się różne technologie konwersji energii. Typowy schemat działania obejmuje następujące etapy:

• wydobycie gorącej wody lub pary z podziemnego złoża, 
• separacja pary od wody (jeśli wydobywana jest mieszanina), 
• skierowanie pary do turbiny połączonej z generatorem elektrycznym, 
• produkcja energii elektrycznej poprzez obrót turbiny, 
• skroplenie pary w kondensatorze,
• zatłoczenie schłodzonej wody z powrotem do złoża.

Elektrownie geotermalne dzielą się na kilka typów, w zależności od temperatury złoża oraz zastosowanej technologii:

• systemy suchej pary – wykorzystują naturalną parę wodną (powyżej 150°C),
• systemy separacji pary – bazują na gorącej wodzie, która częściowo zamienia się w parę po obniżeniu ciśnienia;
• systemy binarne – stosowane przy niższych temperaturach, wykorzystują wymienniki ciepła i płyny o niskiej temperaturze wrzenia.

Inwestycje w energię geotermalną stanowią istotny element działań przedsiębiorstw energetycznych ukierunkowanych na redukcję śladu węglowego i zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym.

Budowa elektrowni geotermalnej – elementy

Budowa elektrowni geotermalnej wymaga starannego planowania i specjalistycznej wiedzy inżynieryjnej. Główne komponenty takiej instalacji to: otwory wydobywcze, otwory zatłaczające, separatory pary, turbiny parowe, generatory, kondensatory oraz wymienniki ciepła w systemach binarnych. Elektrownia geotermalna wymaga również infrastruktury towarzyszącej, takiej jak stacje transformatorowe, linie przesyłowe oraz systemy uzdatniania wody.

Realizacja strategii ESG przez przedsiębiorstwa energetyczne często uwzględnia rozwój energetyki geotermalnej jako elementu transformacji w kierunku gospodarki niskoemisyjnej. Zgodnie z założeniami pakietu regulacji “Fit For 55” przyjętego przez Unię Europejską, intensywny rozwój odnawialnych źródeł energii, w tym energetyki geotermalnej, stanowi istotny element strategii ograniczania emisji gazów cieplarnianych i transformacji w kierunku gospodarki niskoemisyjnej.

Energetyka geotermalna w Polsce – potencjał i wyzwania

Polska, mimo że nie leży w strefie szczególnie aktywnej tektonicznie, posiada zasoby geotermalne, które mogą być wykorzystane zarówno do celów grzewczych, jak i produkcji energii elektrycznej. Najbardziej perspektywiczne obszary to Niż Polski (szczególnie niecka podhalańska), Przedgórze Karpat oraz Sudety. Energetyka geotermalna w Polsce koncentruje się obecnie głównie na zastosowaniach ciepłowniczych. Funkcjonujące instalacje to m.in. geotermie w Poddębicach, Pyrzycach, Mszczonowie, Uniejowie czy Stargardzie. Pierwsze elektrownie geotermalne w Polsce są w fazie planowania lub wczesnej realizacji.

Wykorzystanie potencjału geotermalnego napotyka jednak na wyzwania, takie jak: wysokie koszty początkowe związane z wierceniami, ryzyko geologiczne (niepewność co do parametrów złoża), ograniczenia technologiczne przy niższych temperaturach złóż oraz potrzeba rozwoju specjalistycznej kadry. Coraz więcej podmiotów decyduje się na status prosumenta, co przy odpowiednim rozwoju technologii geotermalnych mogłoby obejmować również małe, lokalne źródła geotermalne. Wprowadzenie systemu ETS2 będzie dodatkowym czynnikiem ekonomicznym zwiększającym konkurencyjność bezemisyjnych źródeł energii, takich jak geotermia.

Przyszłość energetyki geotermalnej

Przyszłość energetyki geotermalnej rysuje się obiecująco dzięki postępowi technologicznemu. Nowe kierunki rozwoju obejmują systemy EGS (Enhanced Geothermal Systems), głębokie wiercenia geotermalne, hybrydowe systemy energetyczne, zaawansowane płyny robocze dla systemów binarnych oraz technologie minimalizujące ryzyko indukowanej sejsmiczności. Elektrownia geotermalna przyszłości będzie prawdopodobnie bardziej efektywna, tańsza w budowie i eksploatacji oraz możliwa do zastosowania w szerszym spektrum lokalizacji geologicznych.

Energia geotermalna stanowi istotny element globalnej transformacji energetycznej. Elektrownie geotermalne to szansa na stabilne, niskoemisyjne źródło energii, które może pracować nieprzerwanie niezależnie od warunków zewnętrznych. Wykorzystanie potencjału geotermalnego wymaga jednak długofalowego planowania, inwestycji w badania geologiczne oraz rozwoju specjalistycznej kadry inżynierskiej. Przy odpowiednim wsparciu regulacyjnym i finansowym elektrownie geotermalne mogą stać się ważnym elementem miksu energetycznego przyszłości, przyczyniając się do realizacji celów klimatycznych i zwiększania bezpieczeństwa energetycznego.

Akademia ESG

Akademia ESG to największa w Polsce baza wiedzy o ESG. Inspirujemy do wdrażania zrównoważonych praktyk, stając się miejscem pierwszego wyboru dla każdego, szukającego najlepiej przygotowanych informacji na temat ESG. e-mail: redakcja@akademiaesg.pl

Napisz do nas