Elektrownie geotermalne – opis, zasada działania, wady i zalety

Energia geotermalna i możliwości jej wykorzystania

Im bliżej jądra Ziemi, tym bardziej gorąco

We wnętrzu Ziemi zgromadzona jest ogromna ilość energii w postaci ciepła. Nie jest ono jednak rozłożone równomiernie. Temperatura jądra planety sięga blisko 7000°C, podczas gdy chłodna powierzchnia ma przeciętnie tylko 15°C. Sama tylko górna dziesięciokilometrowej grubości warstwa Ziemi dysponuje teoretycznie potencjałem energii cieplnej pokrywającym 100000 razy aktualne zapotrzebowanie na energię. Pewna część ciepła pochodzi z okresu powstawania planety przed 4,7 mld lat, ale większość (ok 70%) energii jest wynikiem rozpadu naturalnych radioaktywnych izotopów, zachodzącego w płaszczu Ziemi.

Pośród wielu rodzajów odnawialnych źródeł energii, energia geotermalna należy do najtrudniej dostępnych. W ponad 60 krajach działają elektrownie geotermalne, w Polsce jak dotąd wykorzystywana jest tylko woda termalna, a w kilku miejscach energią z Ziemi zasilane są systemy ciepłownicze. Woda termalna pochodzi ze źródeł związanych z aktywnością wulkaniczną i w niektórych uzdrowiskach w Polsce ma średnią temperaturę 18°C.

W większości regionów Ziemi temperatury na głębokości ok. 500 m wynoszą 25-30°C. Schodząc do 1000 m temperatura rośnie do 35-45°C. W określonych warunkach geologicznych bywa czasem nawet 100-200°C na tej głębokości. Energia cieplna zgromadzona w gruncie, skałach i płynach w skalnych szczelinach może być wykorzystywana jako ekologiczny zamiennik paliw kopalnych.

Zastosowanie i rodzaje energii geotermalnej

W zależności od temperatury wody lub skały oraz technologii pozyskania wykorzystanie energii, rozróżnia się geotermię niskotemperaturową oraz wysokotemperaturową. Zasada działania urządzeń korzystających z ciepła przypowierzchniowych warstw gruntu opiera się na geotermalnych pompach ciepła. Temperatura źródła ciepła jest stabilna, ale stosunkowo niska i wymaga przeniesienia ciepła na wyższy poziom termodynamiczny. Pompy ciepła zapewniają ogrzewanie i chłodzenie budynków, a także ogrzewania wody użytkowej.

Znacznie większe pod względem skali jest zastosowanie geotermii wysokotemperaturowej. Temperatury wód termalnych rzędu 100°C dają możliwość zasilania ciepłowni geotermalnych oraz basenów rekreacyjnych. Najważniejszym i mającym coraz większe znaczenie w przyszłości sposobem wykorzystania energii geotermalnej zawartej w pozyskiwanej z głębokich odwiertów parze wodnej oraz przegrzanej wodzie, jest elektrownia geotermalna.

Pierwsza eksperymentalna elektrownia geotermalna powstała na początku XX wieku we Włoszech. Parę wodną pozyskaną z wnętrza ziemi wykorzystano do wytwarzania prądu elektrycznego. Obecnie takie elektrownie działają w wielu krajach i wciąż rośnie ich moc zainstalowana. Energia geotermalna, podobnie jak fotowoltaika, biogaz i siła wiatru należą do zasobów energii zielonej. Budowa instalacji fotowoltaicznej albo wiatrowej doskonale nadaje się do zaopatrywania domów jednorodzinnych. Wspieranie tego typu inwestycji przez państwo (między innymi przez opomiarowanie netto-net metering) zachęca do odchodzenia indywidualnych odbiorców od kopalnych źródeł energii. Wspomniane opomiarowanie netto (net metering) jest korzystną formą współpracy prosumenta z operatorem sieci energetycznej. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły o odnawialnych źródłach energii.

Zasada działania elektrowni geotermalnej

Rodzaje elektrowni geotermalnych w zależności od parametrów płynu roboczego

Temperatura i stan tak zwanego geopłynu pozwalają na klasyfikację zasilanych nim elektrowni według trzech kategorii:

• Elektrownia geotermalna na parę suchą – należy do najprostszych technicznie instalacji, a zarazem najbardziej sprawnych energetycznie. Pozyskana z odwiertów sucha para o temperaturze ponad 200°C jest kierowana do turbiny parowej, a następnie skraplana.
• Elektrownia geotermalna na parę mokrą – w tym wypadku z odwiertów płynie mieszanina wody i pary o wysokim ciśnieniu i temperaturze. Wydzielona para sucha kierowana jest do turbiny.
• Elektrownia geotermalna z czynnikiem pośredniczącym – tego typu instalacje wykorzystują ciepło wydobyte odwiertami z zastosowaniem niskowrzącej substancji pośredniczącej. Ostatecznie para jest kierowana do turbiny, gdzie napędza generator.

Perspektywy elektrowni geotermalnych w Polsce

W przeciwieństwie do krajów leżących w obszarze aktywności wulkanicznej, jak Filipiny, Indonezja, Nowa Zelandia, Stany Zjednoczone albo Islandia, w Polsce wody geotermalne mają nioską temperaturę, tylko w głębokich złożach przekraczającą 100°C. Powoduje to niską sprawność instalacji.

Analizowane lokalizacje (m.in. Cieplice, Konin, Łowicz, Stargard) wykazują możliwość użycia wody o temperaturze poniżej 90°C. Elektrownia geotermalna powinna być typu trzeciego z czynnikiem roboczym. Krajowe źródła geotermalne wykorzystywane w ciepłowniach mogą być również eksploatowane do wytwarzania energii elektrycznej w układach niskotemperaturowych.

Źródła średnio- i niskotemperaturowe występujące w Polsce umożliwiają wytwarzanie prądu, jednak ich moc i sprawność nie będą zbyt wysokie. Najbardziej odpowiednie do tego celu są złoża pary oraz gorącej wody o wysokiej temperaturze. Ciepło zamienia się najpierw w energię mechaniczną, a potem w elektryczną.

Powiązane artykuły

• 
  Alternatywne źródła energii elektrycznej w Polsce