Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) - jeden z rodzajów
odnawialnych źródeł energii
. Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza
Ziemi
, szczególnie w obszarach działalności
wulkanicznej
i
sejsmicznej
.
Woda
opadowa
wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi
intruzjami
lub aktywnymi ogniskami
magmy
, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub
para wodna
.
Woda geotermiczna wykorzystywana jest bezpośrednio (doprowadzana systemem rur), bądź pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).
Energię geotermalną na szeroką skalę wykorzystuje się w
Islandii
, a w Polsce m.in. na obszarze
Podhala
.
Geneza powstawania
Źródłem energii geotermalnej jest wnętrze Ziemi o temperaturze około 5400 °C, generujące przepływ ciepła w kierunku powierzchni. Początkowo, prawdopodobnie, ciepło wewnętrzne Ziemi pochodziło głównie z kontrakcji grawitacyjnej w okresie formowania się planety. Obecnie, najwięcej ciepła (45 do 90%) pochodzi z rozpadu radioaktywnych
izotopów
potasu
(40K),
uranu
(238U) i
toru
(232Th)[1][2], który zachodzi w
płaszczu
. Źródła ciepła niektórzy upatrują też częściowo w ochładzaniu się płaszcza, tarciu wewnętrznym wywołanym siłami pływowymi i zmianami w prędkości obrotu Ziemi. Część
energii termicznej
jądra transportowana jest do skorupy ziemskiej poprzez
pióropusz płaszcza
, który może powodować powstawanie
plam gorąca
i
pokryw lawowych
[3].
Szacuje się, że ilość wypływającego na powierzchnię Ziemi to ok. 46 TW[4][5]. Średni strumień geotermalny to około 0,063 W/m2 - nie jest on zbyt duży, ale zasoby tej energii są praktycznie niewyczerpywalne, ze względu na ogromną objętość Ziemi. Strumień ten daje średni gradient temperatury (wzrost w kierunku środka) 25 K/km. Jest to niewystarczające do eksploatacji bezpośredniej, dlatego w geotermii istotne są tzw. rejony hipertermiczne (gradient większy od 80 K/km) i semitermiczne (od 40 do 80 K/km). Rejony hipertermiczne to przede wszystkim obszary radiogeniczne (duża zawartość pierwiastków radioaktywnych), obszary wysokiego strumienia ciepła (skały o bardzo dużej przewodności cieplnej) i punktowe źródła ciepła (zasoby magmy, wody geotermalne). W tych rejonach zasoby geotermalne występują jako petrochemiczne (energia zgromadzona w skałach) i hydrotermiczne (w wodzie).
Energia geotermiczna
Energia geotermiczna to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód geotermalnych. Energię tę zalicza się do energii odnawialnej, bo jej źródło - gorące wnętrze kuli ziemskiej - jest praktycznie niewyczerpalne. W celu wydobycia wód geotermalnych na powierzchnię wykonuje się odwierty do głębokości zalegania tych wód.
W pewnej odległości od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną po odebraniu od niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są z reguły mocno zasolone, jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energię geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w przypadkach źródeł szczególnie gorących. Zagrożenie jakie niesie za sobą produkcja energii geotermicznej to zanieczyszczenia wód głębinowych, uwalnianie radonu, siarkowodoru i innych gazów.
Gorące źródła tzw. gejzery są charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko naturalne.
Energia geotermalna w Polsce
Polska ma bardzo dobre warunki geotermalne, gdyż 80% powierzchni kraju jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: centralnoeuropejską, przedkarpacką i karpacką. Temperatura wody dla tych obszarów wynosi od 30-130 °C (a lokalnie nawet 200 °C), a głębokość występowania w skałach osadowych od 1 do 10 km. Naturalny wypływ zdarza się bardzo rzadko (Sudety – Cieplice, Lądek Zdrój). Możliwości wykorzystania wód geotermalnych dotyczą 40% obszaru kraju (wydobycie jest opłacalne, gdy do głębokości 2 km temperatura osiąga 65 °C, zasolenie nie przekracza 30 g/l a także gdy wydajność źródła jest odpowiednia)[6].
Powstał atlas wód geotermalnych występujących na terenie Polski pod redakcją Prof. Wojciecha Góreckiego z Wydziału Geologii Akademii Górniczo-Hutniczej, wskazujący obszary występowania wód geotermalnych na terenie Polski [7] Pierwszy w Polsce Zakład Geotermalny w Bańskiej-Białym Dunajcu powstał w latach 1989-1993. Od kilku lat z odwiertów i instalacji korzysta PEC Geotermia Podhalańska SA, która dostarcza ciepło do większości domów w Zakopanem.
Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych:
-
Bańska Niżna
(4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s),
-
Pyrzyce
(15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s),
-
Stargard Szczeciński
(14 MJ/s)
-
Mszczonów
(7,3 MJ/s),
-
Uniejów
(2,6 MJ/s),
-
Słomniki
(1 MJ/s).
-
Lasek
(2,6 MJ/s)
-
Klikuszowa
(1 MJ/h)
Przypisy
- ↑ US Department of Energy:
9. Geothermal
. [dostęp 2008-12-13].
- ↑ Joe Anuta:
Probing Question: What heats the earth's core?
. physorg.com,
30 marca
2006
. [dostęp 2008-12-13].
- ↑ M. A. Richards, R. A. Duncan, V. E. Courtillot.
Flood Basalts and Hot-Spot Tracks: Plume Heads and Tails
. „Science”. 4926 (246), ss. 103–107 (1989).
doi:10.1126/science.246.4926.103
.
PMID 17837768
. [dostęp 2007-04-21].
- ↑ D. F. Hollenbach, J. M. Herndon.
Thermodynamics from first principles: temperature and composition of the Earths core
. „
PNAS
”. 20 (98), ss. 11085–11090 (
25 września
2001
).
doi:10.1073/pnas.201393998
.
PMID 11562483
. [dostęp 2007-03-01].
- ↑ Thorne Lay, Joe Hernlund i Bruce Buffett.
Core–mantle boundary heat flow
. „Nature Geoscience”, ss. 25-32 (2008).
- ↑
Przyszłość polskiej energetyki
. TVP.
- ↑ Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim, formacje mezozoiku, pod red W. Góreckiego, Kraków 2006
Zobacz też
Linki zewnętrzne