29 maja 2024 09:54 - Polska
Geotermia a geoenergetyka – jak czerpać energię z głębi Ziemi?

Czym geoenergetyka różni się od geotermii? Jak działają pompy ciepła? Na czym polega zjawisko miejskich wysp ciepła? Czy na AGH rozwijane są technologie geoenergetyczne?

Niniejszym artykułem rozpoczynamy cykl wpisów dotyczących polskiej geoenergetyki, w którym odpowiemy na powyższe pytania. Wiele mówi się o geotermii, czyli ciepłych wodach głębinowych, ale niewiele o geoenergetyce. Oba te źródła są niezależne od warunków pogodowych. Istnieją jednak różne bariery, w tym prawne, dla ich rozwoju. Zapraszamy do lektury pierwszego z serii wpisów poświęconych geoenergetyce.

Geotermia a geoenergetyka

Geotermia, czyli pozyskiwanie ciepła ze źródeł geotermalnych, stanowi element geoenergetyki. Geoenergetyka to natomiast geotermia która obejmuje również energię cieplną zmagazynowaną w górotworze. Na górotwór składają się gleba i skały, czyli wszystko poniżej powierzchni terenu. Zmagazynowane ciepło nie jest ciepłem geotermalnym, więc nie zawiera się w geotermii. Istnieje jednak wiele definicji tego pojęcia.

Działanie systemów geoenergetycznych w Polsce

Eksploatację energii z górotworu można prowadzić w Polsce na dwa sposoby. Pierwszy sposób to wykorzystanie otworów wiertniczych, z których płynie woda. Otwory te mają kontakt z warstwami wodonośnymi: jednym otworem eksploatuje się wodę, a drugim (nie zawsze) zatłacza ją z powrotem, co jest konieczne ze względu na dużą mineralizację wody. Takie systemy ogrzewają m.in. Zakopane, Uniejów, czy Stargard. Woda może być cieplejsza lub zimniejsza, ale zawsze można ją schłodzić przez geotermalne pompy ciepła.

Drugim rodzajem systemów geenergetycznych są otworowe wymienniki ciepła. W krajach o umiarkowanym klimacie, takim jak Polska, praktyką jest wykonywanie otworów, które są szczelne i nie mają kontaktu hydraulicznego z górotworem. Pozyskują one natomiast ciepło niskotemperaturowe zgromadzone w górotworze. Temperatura wzrasta o 3°C na każde 100 metrów wgłąb Ziemi, czyli 30°C na każdy kilometr. Na przykład na Podhalu woda może osiągnąć 90°C na głębokości 3 km.

Ciepło z ziemi

Wierzchnie warstwy górotworu w miastach gromadzą ciepło słoneczne oraz antropogeniczne, pochodzące np. z klimatyzacji, kanalizacji oraz asfaltowych dróg. Na początku zimy wymienniki otworowe korzystają z ciepła słonecznego lub odpadowego, pod koniec zimy systemy te mogą pozyskiwać ciepło geotermalne z większej głębokości.

Geneza ciepła, które pobierają pompy ciepła z górotworu jest zależna od wielu paramatrów, a najważniejszym jest ten czy pompy ciepła są rewersyjne, czy też nie. Jeżeli latem wprowadzi się do górotworu tyle samo ciepła, co pobierze zimą, to w tym cieple może nie występować ciepło geotermalne. Potencjał wierzchnich warstw górotworu w wykorzystaniu ciepła słonecznego i antropogenicznego w Polsce jest duży, ale niezagospodarowany.

Pompy ciepła – przyszłość ciepłownictwa?

Unia Europejska zatwierdziła pompy ciepła, które pozwalają wykorzystać energię z odwiertów i z powietrza atmosferycznego, jako przyszłość ciepłownictwa. W kolejnym tekście przybliżymy działanie tych urządzeń oraz zagadnienia związane z ich certyfikacją. Zmiany w prawie związane z tym aspektem zapowiedziało polskie Ministerstwo Klimatu i Środowiska.

---

Tekst powstał dzięki uprzejmości prof. Tomasza Śliwy z Katedry Wiertnictwa i Geoinżynierii Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH. Wkrótce na portalu ukaże się wywiad z profesorem dotyczący nowego poletka geoenergetycznego na terenie kampusu AGH w Krakowie.

Niniejszy artykuł wchodzi w skład cyklu wpisów dotyczących polskiej geoenergetyki.