Jak zarobić na geotermii?

Czy tradycyjne kotły węglowe przejdą wkrótce do historii? „Geotermia wydaje się najlepszym źródłem ciepła, które mogłoby być dostarczane do istniejących systemów ciepłowniczych” – mówi Marek Hajto. Jak jednak zastrzega, taka zmiana największe szanse powodzenia ma na poziomie lokalnym.

MATEUSZ TOMANEK: Popełniamy błąd, stosując terminy „geotermia” i „źródła geotermalne”. Co oznaczają te terminy?

MGR INŻ. MAREK HAJTO*: Jeżeli chodzi o geotermię, to funkcjonuje definicja wody termalnej, która zawarta jest w prawie geologicznym i górniczym. Według tej definicji, woda termalna to woda, która na wypływie z ujęcia ma temperaturę powyżej 20 stopni Celsjusza. Dodatkowo nie jest to woda pochodząca z odwadniania kopalń, ponieważ te należą do innej kategorii wód.

Pozostałe kwestie dotyczące wód termalnych czy geotermalnych dotyczą wykorzystania i zagospodarowania tych wód dla celów ciepłowniczych lub terapeutycznych, tudzież do rekreacji. Takie są trzy główne sposoby wykorzystywania wód geotermalnych. Są oczywiście sposoby, które łączą wszystkie te zastosowania w systemach kaskadowych, czyli energię z tej najcieplejszej wody przekazują na cele grzewcze, a później woda geotermalna, schłodzona na pierwszym etapie kaskady, może być wykorzystana, np. do celów rekreacyjnych bądź, w kolejnym etapie kaskady, do podgrzewania gleby w celu uprawy roślin, hodowli ryb ciepłolubnych czy podgrzewania chodników lub boisk.

Oczywiście, fizycznie nie jest to ta sama woda, ponieważ nie ma ona zwykle bezpośrednio kontaktu z ciałem, lecz oddaje ciepło w systemach wymienników. Warto dodać, że woda w takich basenach nie jest „surowa” i nie pochodzi bezpośrednio z wydobycia, tylko jest podgrzewana przez wodę geotermalną. Czasem, jeżeli badania fizykochemiczne potwierdzą lecznicze własności wód, istnieje możliwość wykorzystania ich w sposób bezpośredni do napełniania niecek basenowych bądź do zabiegów balneoterapeutycznych, co powinno odbywać się pod ścisłą kontrolą lekarską. Wody pozabiegowe wymagają utylizacji i nie wracają do złoża, z którego zostały wydobyte.

W jakim celu podgrzewa się glebę?

W celu przyspieszenia wegetacji roślin. U nas takie prace doświadczalne były prowadzone w zakładzie doświadczalnym PAN w Bańskiej Niżnej w rejonie Podhala. Natomiast na świecie rozwiązanie to jest stosowane w szerokim zakresie, zwłaszcza w krajach o surowym klimacie. Na przykład na Islandii ogrzewanie szklarniowe z wykorzystaniem geotermii to duża gałąź przemysłu służąca hodowlom pomidorów, papryki, a nawet bananów!

Zatem wody geotermalne to jedno, a geotermia to drugie. Jakie technologie ją wykorzystują?

Jeżeli mówimy o wykorzystaniu geotermii jako takiej, to od jakiegoś czasu rozpoznawane są technologie suchych, gorących skał. Polega to na tym, że nie eksploatujemy wody termalnej ze złoża, lecz wykorzystujemy ciepło skał na odpowiedniej głębokości rzędu 4-5 km. Wtłaczamy tam medium – zazwyczaj jest to woda, ponieważ nie jest szkodliwa dla środowiska – i potem wykonujemy szczelinowanie, by zwiększyć powierzchnię wymiany ciepła między skałami a wodą.

W tym systemie wykonuje się dwa odwierty. Do jednego pompujemy wodę, która ogrzewana jest przez ciepło skał, a w drugim woda jest wypompowywana na powierzchnię, gdzie następuje wymiana ciepła. Następnie owa woda zatłaczana jest z powrotem w głąb Ziemi do podgrzania, czyli tworzy się obieg zamknięty. System nazywa się HDR – hot dry rocks – czyli suche gorące skały. Stosując tę technologię, można pozyskać wody posiadające parametry pozwalające na produkcję prądu.

A jak pan ocenia wykorzystanie wód geotermalnych do produkowania energii elektrycznej w Polsce? Czy jest to u nas możliwe, biorąc pod uwagę parametry naszych złóż?

Z punktu widzenia technologicznego jesteśmy na granicy możliwości technicznych i ekonomicznych produkcji prądu z polskich złóż. Minimalne parametry dla wód, z których produkowana może być energia elektryczna, to 80 stopni. Jak na razie na Podhalu potwierdzono, że temperatura  tych wód osiąga poziom 86-90 stopni Celsjusza. Na razie nie ma odkrytych złóż o wyższych parametrach temperaturowych, choć planowany nowy otwór geotermalny Bańska PGP-4 na Podhalu o głębokości co najmniej 5,2 km i spodziewanej temperaturze ponad 120 stopni Celsjusza, może zmienić tę sytuację.

Gdzie obecnie wykorzystuje się geotermię?

W tej chwili planowany jest na przykład program pilotażowy, który ma zostać zrealizowany na Podhalu, a jego celem będzie zaopatrzenie Nowego Targu w ciepło geotermalne. Mimo tego, że Podhale ma już w zasadzie system geotermalny, Nowy Targ wciąż bazuje na konwencjonalnych źródłach energii.

Teraz pojawiła się potrzeba i przyzwolenie społeczne, żeby wykorzystać tam źródła geotermalne. Drugi projekt ma być zlokalizowany na niżu polskim, a dokładnie w miejscowości Koło. Tam były przymiarki do produkcji prądu na skalę pilotażową. Jeśli chodzi o produkcję prądu, to perspektywy na to są umiarkowane.

Czyli prędzej wykorzystamy geotermię do ogrzewania? Bo ogrzewanie domów czy osiedli ciepłem pozyskanym z Ziemi to już są spore oszczędności.

Zdecydowanie tak. Kilka lat temu zakończył się międzynarodowy projekt GeoDH, w ramach którego wykonano inwentaryzację sieci ciepłowniczych w Europie. Zlokalizowano ich ok. 5 tys., a dostęp do nich ma 25 proc. mieszkańców Europy. Co ciekawe, w Polsce zlokalizowanych jest ok. 10 proc. tych sieci, czyli ok. 500 sieci ciepłowniczych. Głęboka geotermia wydaje się najlepszym źródłem ciepła, które mogłoby być dostarczane do istniejących systemów ciepłowniczych. Czyli może nastąpić zamiana kotłów tradycyjnych, węglowych na geotermię. W tej wymianie źródła ciepła są oczywiście pewne ograniczenia, bo wiele tych sieci nastawionych jest na wysokie parametry ciepłownicze.

Woda płynąca do sieci ciepłowniczej ma najczęściej temperaturę ok. 120 stopni, a po wymianie ciepła, na powrocie ma ok. 80 stopni. A patrząc na nasze źródła, mówimy o temperaturze poniżej 100 stopni, co oznacza, że potrzebna byłaby pewna ingerencja w system, czyli działania połączone z termomodernizacją oraz obniżenie parametrów sieci grzewczej. W tej chwili docieplanie starych budynków skutkuje tym, że zapotrzebowanie na ciepło nie jest tak wysokie jak wcześniej, w związku z czym do sieci ciepłowniczej możemy dostarczać wodę o nieco niższych parametrach temperaturowych.

To sprawia, że parametry naszych wód geotermalnych mogą być wystarczające do dostarczania ciepła. Najciekawszym rozwiązaniem, które ogranicza zapotrzebowanie na energię cieplną, jest ogrzewanie płaszczyznowe, czyli podłogowe, ponieważ pozwala ono wykorzystać trochę niższe parametry sieci ciepłowniczej.

Kto może zarabiać na geotermii?

W tej chwili funkcjonują ciepłownicze instalacje przemysłowe, które są oparte o geotermię. Jest ich w sumie sześć. Są to spółki akcyjne, których działalność ukierunkowana jest na zarobek, są one rentowne. Nie jest więc tak, że wykorzystanie geotermii kończy się na projektach pilotażowych i eksperymentalnych. Firmy te sprzedają ciepło z zyskiem.

Czy uważa pan, że szersze wykorzystywanie geotermii w skali przemysłowej mogłoby rozwiązać pewne problemy, np. z zanieczyszczeniem powietrza?

Zdecydowanie tak. Trzeba jednak pamiętać, że nie we wszystkich lokalizacjach jest możliwe wykorzystanie geotermii. Większe możliwości widzimy w mniejszych systemach ciepłowniczych, czyli tam, gdzie ta energia geotermalna będzie stanowiła duży procent zapotrzebowania na ciepło. Wtedy będziemy mogli mówić o jakimś znaczącym efekcie geologicznym.

Weźmy tutaj pod uwagę Kraków, gdzie zapotrzebowanie na energię wynosi ok. 10 tys. TJ. Nawet jeśli byśmy próbowali wykorzystać energię geotermalną, to i tak będzie to jedynie ułamek całego zapotrzebowania, tak więc znaczna część energii nadal będzie pochodziła ze źródeł tradycyjnych. Są jednak inne lokalizacje, mniejsze miasta (7-15 tys. mieszkańców), gdzie wykorzystanie geotermii daje bardziej dostrzegalne efekty ekologiczne.

Gdzie na przykład?

W Poddębicach, w województwie łódzkim, w mieście liczącym ok. 7,5 tys. mieszkańców, gdzie w 2010 r. odwiercono otwory geotermalne, a w 2013 r. rozpoczęto produkcję ciepła. Tam zasoby pozwoliły na prawie całkowite wyeliminowanie tradycyjnych źródeł ciepła, głównie kotłowni ogrzewanych węglem. W tej chwili większość miasta, w tym budynki komunalne i szkoły, są ogrzewane ciepłem geotermalnym. To właśnie w takich miejscowościach ten efekt geologiczny jest najbardziej odczuwalny.

Czyli geotermię należy wykorzystywać w skali lokalnej?

Patrząc na efekty ekologiczne – tak. Bo w małych osiedlach i miejscowościach będzie ona bardziej dostrzegalna, przyniesie lepszy efekt.

Weźmy w takim razie Toruń, który nie jest przecież małym miastem, a w debacie społecznej – jeśli jest mowa o źródłach geotermalnych – pojawia się właśnie to miasto.

Uważam, że tam problem polegał na kwestiach politycznych i formalno-prawnych, które były związane z udzieleniem dotacji na wykonanie otworu geotermalnego. Patrząc od strony technicznej, projekt ten nie jest w żaden sposób projektem wyjątkowym. Okazało się, że zasoby geotermalne są tam całkiem znaczące, natomiast problem polega na tym, o czym mówiliśmy wcześniej, czyli na współpracy źródeł geotermalnych z istniejącym systemem ciepłowniczym.

Toruń ma własną sieć ciepłowniczą, a to źródło geotermalne nie bardzo pasuje do tego systemu. Na pewnym etapie pojawiło się pytanie, czy finansowanie z pieniędzy publicznych powstania geotermii w miejscu, gdzie wykorzystanie jej może być dyskusyjne ze względów technologicznych, jest zasadne. Na to pytanie ja nie jestem jednak w stanie odpowiedzieć, ponieważ powinno ono być skierowane do polityków. Niemniej jednak chciałbym podkreślić, że wykorzystanie OZE powinno być każdorazowo rozważone. W szczególności w miejscach, gdzie istnieje potencjał dla rozwoju tych technologii.

Czy istnieje jednolity plan dotyczący wykorzystywania geotermii w Polsce?  Czy państwo reguluje kwestię czerpania zysków z geotermii?

Od kilku lat w Polsce trochę bardziej przychylnie patrzy się na geotermię. Uruchomiono program wsparcia geotermii, który jest finansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, w ramach programu priorytetowego „Geologia i górnictwo – poznanie budowy geologicznej kraju oraz gospodarki zasobami złóż kopalin i wód podziemnych”.

W ramach niego można korzystać z dwóch programów wsparcia wykorzystywania geotermii. Jeden to rozpoznanie geologiczne kraju, z którego można wykorzystać środki wykonania odwiertów, a to właśnie one są największym kosztem całych projektów – często stanowią nawet 70 proc. wszystkich kosztów.

Dodatkowo wykonywane otwory geotermalne obarczone są ryzykiem, którego prywatni inwestorzy nie chcą podjąć. Gdyby był wykonany otwór z określonymi parametrami złożowymi i określonymi zasobami geotermalnymi, to w takim przypadku z pewnością znalazłby się inwestor do zagospodarowania tych wód. Natomiast barierą jest właśnie ryzyko, ponieważ samo wykonanie otworu nie oznacza, że wody geotermalne, które się tam znajdują, będą spełniały pożądane parametry.

Takie przedsięwzięcie może skończyć się więc porażką. Do tej pory nie wypracowano w Polsce mechanizmu, który rozwiązywałby ten problem. Drugi program dotyczy energetycznego wykorzystania zasobów geotermalnych, a jego celem jest poprawa jakości powietrza przez zmniejszenie emisji CO2.

A jak z tymi utrudnieniami radzą sobie inne kraje?

We Francji istnieje coś takiego jak fundusz ubezpieczenia ryzyka geologicznego. Podmioty, które starają się o rozpoczęcie prac geologicznych i poszukują wód geotermalnych, mogą skorzystać z takiego ubezpieczenia. W sytuacji, gdy otwór będzie negatywny, koszty są ponoszone przez fundusz, dzięki czemu inwestor nie odczuje boleśnie porażki. Polskie Stowarzyszenie Geotermiczne przez współpracę z Europejską Radą Energii Geotermalnej (EGEC) również starało się zaimplementować ten system w Polsce, ale do tej pory nam się to nie udało. Pojawiła się blokada, którą trudno nam zidentyfikować.

Jak zatem działa program wsparcia geotermii w Polsce?

To zwykle są dotacje. Można sfinansować do 100 proc. kosztów otworu, ale w przypadku, gdy inwestorem jest jednostka samorządu terytorialnego. Jak na razie, w ciągu ostatnich trzech lat, złożono ponad 30 wniosków o dofinansowanie odwiertów. Kilka z nich zostało już wykonanych. Mają dobre parametry, tak więc można się spodziewać, że w przeciągu dwóch-trzech lat powstaną nowe instalacje geotermalne.

Czy na takie dofinansowanie mogą liczyć tylko gminy?

Na dofinansowanie mogą liczyć również firmy prywatne, ale jego poziom jest niższy niż w przypadku gmin. Często gminy występują o dotację na wykonanie otworu, którego zasoby są eksploatowane przez inny podmiot, z którym gmina wchodzi w układ biznesowy. Taki model biznesowy zastosowano w wielu lokalizacjach, w tym na Podhalu. Tam jest przygotowywany projekt, który w tej chwili jest na etapie wyboru firmy wiertniczej. Będzie to otwór o głębokości ponad 5,2 km i będzie to najgłębszy otwór geotermalny w Polsce.

A co z zagrożeniami dla środowiska naturalnego, które płyną z geotermii? Czy istnieje niebezpieczeństwo nadeksploatacji złóż?

Istotnie, jest takie niebezpieczeństwo, jednak ta kwestia powinna być rozważana na etapie oceny zasobów złoża oraz w trakcie jego eksploatacji i monitoringu. Powinno się wykonać model geologiczny i zdefiniować obszary występowania wód termalnych, określić jego zasoby odnawialne.

W związku z tym, że często wody te posiadają stosunkowo duże zasolenie, do ich eksploatacji stosuje się systemy tzw. dubletów geotermalnych (dwu- lub jego modyfikacje wielootworowe) gdzie woda, którą się wyeksploatuje z Ziemi oddaje ciepło przez wymiennik i jest zatłaczana z powrotem do złoża. W związku z tym można powiedzieć, że system może pracować w układzie zamkniętym. Takie systemy stanowią mniejsze zagrożenie. Kiedy mamy złoża geotermalne, które mają niskie mineralizacje, bo takie w Polsce również funkcjonują, są one eksploatowane w systemie jednootworowym. Czyli po wydobyciu woda nie wraca do złoża i często jest wypuszczana do środowiska albo do rzek i notabene może poprawić tym samym stan wód powierzchniowych, może też być wykorzystywana jako woda pitna. Taka sytuacja ma miejsce we wspomnianych wcześniej Poddębicach oraz Mszczonowie na Mazowszu.

W długim okresie eksploatacji mogą jednak wystąpić także zagrożenia, dlatego trzeba monitorować odwierty i sprawdzać, czy nie spada poziom zwierciadła wody i/lub czy nie zmniejsza się ciśnienie. Po 25 latach eksploatacji zbiornika geotermalnego na Podhalu zauważa się na przykład niewielkie oddziaływanie negatywne, czyli spadek ciśnienia w złożu. Tym bardziej że jest to ten sam zbiornik, który eksploatowany jest na Słowacji. W tej chwili te zmiany nie są duże, ale są zauważalne.

Czy geotermia może być alternatywą dla energetyki węglowej?

Zgodnie z przeprowadzonymi badaniami, w Polsce mamy relatywnie duże zasoby wód geotermalnych i potwierdzają to niemal wszystkie kolejno wykonywane wiercenia. Każdy nowy odwiert jest pozytywny, a woda ma lepsze parametry, niż przewidywano. Geotermia może być alternatywą dla energetyki węglowej, ale tylko w ujęciu lokalnym. W skali całego kraju, w przypadku sektora produkcji ciepła, należy spodziewać się, że udział geotermii w końcowym zużyciu energii brutto z OZE w 2020 r. będzie wynosił ok. 3 proc. Obecnie wynosi zaledwie ok. 0,3 proc.

Czy są kraje, które wykorzystują geotermię w większym stopniu?

Oczywiście, że tak! W miejscach, gdzie występują złoża wysokotemperaturowe wykorzystuje się geotermię do produkcji prądu. Jest to oczywiście Islandia, Włochy, ale także Kenia – i w ogóle Afryka – a także Filipiny czy Indonezja. Tam znacząca część prądu pochodzi z geotermii, a nie ze spalania węgla. W ciepłych krajach nie ma potrzeby wykorzystywania geotermii do produkcji energii cieplnej, tak więc wykorzystuje się ją do produkcji energii elektrycznej.

*Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej na Wydziale Geologiczno-Poszukiwawczym (obecnie Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska) w Krakowie. Autor i współautor ok. 70 publikacji, ponad 20 projektów naukowo-badawczych, ponad 20 studiów wykonalności w zakresie wykorzystania wód geotermalnych dla miejscowości zlokalizowanych na Niżu Polskim, w Karpatach oraz w rejonie zapadliska przedkarpackiego.