Energia geotermalna to naturalne ciepło pochodzące z wnętrza Ziemi, które zgromadzone jest w skałach oraz wodach i parach, które wypełniają przestrzeń porową skał przepuszczalnych, występujących pod przykryciem skał nieprzepuszczalnych, na głębokościach umożliwiających ich uzasadnioną ekonomicznie eksploatację. Opłacalność wykorzystania energii geotermalnej dyktowana jest przez szereg czynników. Najważniejsze z nich to warunki geologiczne, parametry wody złożowej oraz kalkulacje ekonomiczne.

Reklama

Temperatura wnętrza Ziemi sięga blisko 5400 °C i to ona jest źródłem energii geotermalnej, dzięki wywoływaniu przepływu ciepła w kierunku powierzchni. Najwięcej energii cieplnej – 45 do 90 proc. – pochodzi z rozpadu radioaktywnych izotopów potasu, uranu i toru. Inne źródła tego ciepła to ochładzanie się płaszcza, tarcie wewnętrzne wywołane siłami pływowymi, a także zmianami w prędkości obrotu Ziemi. Część energii termicznej jądra transportowana jest do skorupy ziemskiej poprzez pióropusz płaszcza, który może powodować powstawanie plam gorąca (hot spots) i  pokryw lawowych.

Jak podają eksperci, szacunkowa ilość ciepła, które wypływa na powierzchnię Ziemi wynosi około 46 TW. Średni strumień geotermalny ma wartość około 0,063 W/m2. Tak mała liczba nie zaprzecza jednak faktowi, że zasoby energii geotermalnej są praktycznie niewyczerpywalne, ze względu na ogromną objętość Ziemi oraz trwające ciągle procesy sprzyjające utrzymanie temperatury jej wnętrza.

To czy złoże geotermalne zostanie wykorzystane jest determinowane wieloma czynnikami. Należą do nich m.in.: warunki geologiczne, efektywność termodynamiczna zastosowanych procesów, kalkulacje ekonomiczne i struktura odbiorców ciepła. Na warunki geologiczne składa się przede wszystkim temperatura wód geotermalnych, mineralizacja, głębokość zalegania złoża oraz wydajność eksploatacyjna. Wszystkie te czynniki badane są podczas rozpoznania geologiczno-złożowego i to właśnie one wpływają na opłacalność wydobycia.

Temperatura wód geotermalnych jest wypadkową temperatury wód złożowych oraz obniżenia jej wartości podczas wydobycia na powierzchnię. W zależności od temperatury istnieją różne sposoby wykorzystania energii geotermalnej, które można wyczytać z wykresu Lindala. Temperaturą graniczną jest wartość 20 °C. Niezwykle ważna jest również mineralizacja wód, czyli zawartość rozpuszczonych składników stałych wyrażone gramach na decymetr sześcienny. Jest to parametr, który może w negatywny sposób wpływać na elementy infrastruktury pobierającej wodę. Wysoka wartość mineralizacji powoduje przyspieszenie procesu korozji oraz wytrącanie się minerałów na ściankach odwiertów geotermalnych. Wydajność eksploatacyjna natomiast, jest to ilość wody jaką jesteśmy w stanie uzyskać ze złoża w jednostce czasu.

Jak nie trudno wywnioskować, im wyższa jest temperatura wody geotermalnej oraz wydajność złoża, a mniejsza mineralizacja, tym lepsze warunki geotermalne. Dlatego tak ważne jest poprawne rozpoznanie tych parametrów. Są to bowiem główne składniki, które pozwalają na przewidywanie kosztów związanych z planowaniem i realizacją inwestycji oraz jej przyszłą eksploatacją. Przy okazji warto wspomnieć, że instalacje geotermalne wiążą się z dużym nakładem finansowym na etapie inwestycji, podczas gdy nakłady związane z eksploatacja są niewielkie.

Na opłacalność wydobycia wpływa również głębokość zalegania złoża. Dostępna technologia pozwala na ekonomicznie uzasadnione wydobycie wód do głębokości 4 kilometrów. Również struktura odbiorców ciepła musi być odpowiednia do występujących parametrów złoża. Najkorzystniejsze jest wykorzystanie wód w pełnym zakresie temperatur. Jest to tzw. kaskadowy system wykorzystania, który pozwala na znaczną poprawę efektywności instalacji, a także wzrost przychodów ze sprzedaży energii cieplnej.

Określenie opłacalności jest niezwykle istotne głównie z uwagi na wysokie koszty instalacji geotermalnych. Generowane są one przez konieczność wykonywania otworów, które znacznie podwyższają koszt produkcji energii geotermalnej, mimo iż proces ten jest mało kosztowny na etapie eksploatacji. Jak wynika z obliczeń firmy Frost & Sullivan, koszt produkcji energii geotermalnej maleje.  W roku 2005 wynosił 50-150 euro/MWh, w roku 2010 spadł do wartości 40-100 euro/MWh natomiast w roku 2020 koszt ten przewidywany jest na  40-80 euro/MWh. Jest to wiadomość niezwykle korzystna dla Polski, która posiada duży potencjał geotermalny, choć dotychczas nieopłacalne wydobycie ze względu na sporą głębokość zalegania większości złóż.