Od naszego korespondenta z Polski

OKRZYK ten wydałem, dotknąwszy wystającej z ziemi brązowej rury. Zamontowany na niej termometr wskazywał temperaturę 82°C! „Stąd bierze początek nasza sieć ciepłownicza, sieć w pełni ekologiczna” — powiedział z dumą profesor Julian Sokołowski, który znacząco przyczynił się do powstania w Polsce pierwszego Doświadczalnego Zakładu Geotermalnego. Zakład ten otwarto w roku 1993 we wsi Bańska Niżna na Podhalu, niedaleko Zakopanego.

Dalsze słowa profesora zaintrygowały mnie. Jeżeli chciałbyś się dowiedzieć dlaczego, a zarazem poznać tajniki funkcjonowania zakładów wykorzystujących ukryte głęboko w Ziemi zasoby ciepła, zapraszam cię na niecodzienną wycieczkę.

Co przywodzi ci na myśl określenie „energia geotermalna”? Jest to energia cieplna wnętrza Ziemi, skumulowana w skałach i wodach podziemnych. Ta czysta i odnawialna energia magazynowana jest w różnych złożach, w których najpowszechniej występują „wody geotermalne”, mające na wypływie ze źródła lub odwiertu (na powierzchni) temperaturę co najmniej 20°C. * Wypływają one samoistnie pod ciśnieniem artezyjskim albo wydobywa się je za pomocą pomp. Na ogół wody te są zmineralizowane, toteż nadają się do celów balneologicznych i rekreacyjnych. Wykorzystuje się je również jako nośnik energii przekazywanej w wymiennikach ciepła zwykłej wodzie, używanej w ciepłownictwie czy suszarnictwie.

Zasoby wód geotermalnych

Zapytasz może: Jak wielkie są złoża ciepłych i gorących wód? Jeżeli pominąć obszary wulkaniczne, to wody geotermalne o temperaturze poniżej 150°C pojawiają się nierzadko wespół z ropą naftową i gazem ziemnym w tak zwanych basenach sedymentacyjnych (osadowych). Na świecie jest ich ponad 200 i zajmują podobno połowę powierzchni kontynentów! Jednak wykorzystywane są w minimalnym stopniu. Według prognoz ludzkość sięgnie po nie w obecnym XXI wieku.

Największy w Europie region geotermalny dostarcza wody i pary o temperaturze od 20 do 200°C. Swym zasięgiem obejmuje między innymi północną i środkową Polskę. A na jej południową część zachodzą dwa mniejsze regiony związane z Karpatami. Występują tam wody o temperaturze od 30 do przeszło 130°C, będące niekiedy pod ciśnieniem artezyjskim. W wielu miejscach ich eksploatacja mogłaby być opłacalna.

Jak wykazały badania, punkty styczne wspomnianych trzech obszarów znajdują się w okolicach Krakowa. Między innymi dlatego właśnie w tym mieście powstał Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią przy Polskiej Akademii  Nauk (IGSMiE PAN), który opracowuje oraz wdraża metody optymalnego zagospodarowania wód geotermalnych występujących na terenie Polski.

Geotermalny projekt ciepłowniczy na Podhalu

Już w roku 1979 na Podhalu wykonano odwiert badawczy o głębokości 2650 metrów i uzyskano pierwsze naprawdę gorące wody. Ponieważ są one słabo zmineralizowane i występują pod dużym ciśnieniem, a ów region charakteryzuje się najdłuższym sezonem grzewczym w Polsce (do 300 dni w roku), największą rozpiętością temperatur powietrza (od minus 30°C zimą do plus 25°C latem) oraz znacznym zanieczyszczeniem środowiska z powodu spalania węgla i koksu, więc właśnie tam postanowiono zbudować pionierski Doświadczalny Zakład Geotermalny.

Aby zakład mógł funkcjonować, oprócz istniejącego już otworu eksploatacyjnego potrzebny był otwór chłonny, dzięki któremu powstałby obieg zamknięty. W tym celu należało wykonać odwiert głęboki na 2400 metrów. Po zakończeniu prac, w latach od 1993 do 2001, woda osiągająca na wypływie temperaturę 82°C docierała do wymienników ciepła, gdzie oddawała energię do sieci grzewczej obejmującej wsie Bańska Niżna i Biały Dunajec. Następnie pod własnym ciśnieniem wracała przez otwór chłonny do złoża geotermalnego. Sieć ogrzewała blisko 200 domów, szkołę i kościół. System działał skutecznie nawet podczas siarczystych mrozów. Poza tym część energii geotermalnej odbierał układ kaskadowy IGSMiE PAN, wymagający niższych temperatur, w którego skład wchodzą: suszarnia drewna, szklarnia, baseny do hodowli ryb i tunele foliowe do uprawy roślin w podgrzewanej glebie (zobacz schemat na stronie 25).

„Chciałbym doczekać założenia podobnych instalacji geotermalnych w Zakopanem, Nowym Targu i sąsiednich miejscowościach, żeby wyeliminować spalanie węgla i tym samym oczyścić środowisko” — powiedział kilka lat temu profesor Sokołowski. To właśnie te słowa rozbudziły moją ciekawość, o czym nadmieniłem na początku. Pomyślałem sobie: „Wygląda to na iluzoryczną wizję przyszłości”. A jednak wizja ta się urzeczywistnia. Co się do tego przyczyniło?

Powołano spółkę pilotującą rozbudowę tej niezwykłej sieci centralnego ogrzewania. Uruchomiono nową ciepłownię bazową, która od roku 2001 pozyskuje energię ze wspomnianego już starszego odwiertu oraz z najnowszego. Oba otwory dostarczają wody o temperaturze 82—87°C. Przekazuje ona ciepło za pośrednictwem wymienników do sieci grzewczej wiodącej do Zakopanego, gdzie zbudowano dodatkowe źródło ciepła — centralną kotłownię szczytową (zobacz mapkę obok). Po schłodzeniu w wymiennikach woda geotermalna wtłaczana jest z powrotem do złoża przez dwa otwory chłonne. Natomiast ogrzana woda sieciowa,  dzięki zastosowaniu specjalnie izolowanych rur, na trasie 14 kilometrów do miasta traci bardzo mało ciepła — utrzymuje temperaturę 80°C. Oczywiście złoże geotermalne i system grzewczy są na bieżąco monitorowane.

Jaki jest dziś zasięg geotermalnej sieci ciepłowniczej na Podhalu? Doktor Beata Kępińska z IGSMiE PAN w Krakowie wyjaśnia, że „sieć grzewczą doprowadzono już do około 400 odbiorców indywidualnych, 110 większych odbiorców (pensjonaty, szkoły, biura, budynki użyteczności publicznej) oraz do 25 lokalnych ciepłowni opalanych wcześniej węglem”. Czy zaobserwowano korzystny wpływ na środowisko? Pani Kępińska odpowiada: „Na przykład w Zakopanem w ostatnich latach odnotowano blisko 50-procentowy spadek stężenia gazów i pyłów w porównaniu z okresem, kiedy do ogrzewania używano tradycyjnych paliw kopalnych. A jeszcze bardziej spadło stężenie dwutlenku siarki!” Dodać należy, że cena ciepła geotermalnego jest obecnie zbliżona do ceny ciepła otrzymywanego ze spalania węgla lub gazu. Nie odstrasza więc przeciętnych odbiorców.

Inne ciepłownie i perspektywy

Kolejnym przykładem udanego przedsięwzięcia jest miejska ciepłownia geotermalna w Pyrzycach nieopodal Szczecina. Miasto to ogrzewane było dawniej przez 68 kotłowni węglowo-koksowych, emitujących dużo zanieczyszczeń. Od roku 1996 z dwóch otworów głębinowych wydobywana jest woda o temperaturze 64°C, która w wymiennikach przekazuje ciepło wodzie krążącej w sieci grzewczej, po czym wraca do podziemnego złoża. Specjalna sieć doprowadza energię do węzłów cieplnych zlokalizowanych w dawnych kotłowniach, a stamtąd do odbiorców. W rezultacie emisja tlenków azotu w mieście zmniejszyła się 12 razy, a dwutlenku węgla — 5 razy! Energię geotermalną wykorzystują z powodzeniem także zakłady w Mszczonowie niedaleko Warszawy oraz w Uniejowie koło Łodzi.

Zmagazynowana w polskich złożach energia geotermalna jest dostępna w wielu miejscach kraju, a niosące ją wody czasami wypływają z odwiertów samoistnie, co w pewnej mierze obniża koszty eksploatacji. Można zatem się spodziewać coraz szerszego stosowania jej w ciepłownictwie, lecznictwie czy rolnictwie. Na Podhalu planuje się wykorzystywać ciepło zawarte w wodzie geotermalnej już schłodzonej w wymiennikach, lecz jeszcze przed skierowaniem jej do podziemnego złoża. Taka woda mogłaby być spożytkowana w ogrodnictwie szklarniowym lub w systemach ogrzewania podłogowego.

Być może kiedyś będziesz miał okazję się przekonać, jak ciepła jest woda geotermalna, i też wykrzykniesz: „Och, jaka gorąca!” Pomyśl wówczas o tym, że ten cenny dar udostępnił Jehowa Bóg, Twórca naszej zdumiewającej planety. „Ukształtował ją po to, żeby była zamieszkana”, i „dał synom ludzkim”, by mogli korzystać z jej dóbr, w tym też z gorących wód ukrytych w jej wnętrzu (Izajasza 45:18; Psalm 115:16).

[Przypis]

[Diagram na stronie 25]

[Patrz publikacja]

Kaskadowe wykorzystanie energii geotermalnej

Wymiennik ciepła

65-80°C

Ogrzewanie domów i mieszkań

45-65°C

Suszenie drewna

20-45°C

Szklarnia

Baseny do hodowli ryb

Tunele foliowe z podgrzewaną glebą

20°C

Podgrzewanie wody za pomocą pomp ciepła

Otwór eksploatacyjny 82°C → 76-82°C → Wymiennik ciepła → 20-50°C → Otwór chłonny 20-50°C

2113 m

2394 m

2560 m

3345 m

[Mapa na stronie 24]

[Patrz publikacja]

Geotermalna sieć grzewcza na Podhalu

NOWY TARG

BAŃSKA NIŻNA

BIAŁY DUNAJEC

ZAKOPANE

Dolina Czarnego Dunajca

Dolina Białego Dunajca

Dolina Białki

ciepłownia bazowa

laboratorium geotermalne

otwory geotermalne

planowane ciepłownie geotermalne

centralna kotłownia szczytowa

główny rurociąg przesyłowy

rurociągi planowane

[Ilustracja na stronie 23]

Wymiana urządzeń przeciwerupcyjnych na jednym z otworów geotermalnych

[Prawa własności]

Zdjęcie: dzięki uprzejmości IGSMiE PAN

[Ilustracja na stronie 24]

Szklarnia

[Prawa własności]

Zdjęcia: B. Kępińska (IGSMiE PAN)

[Ilustracja na stronie 24]

Dojrzewające pomidory w tunelu foliowym z podgrzewaną glebą

[Ilustracja na stronie 25]

Wnętrze wymiennikowni ciepła

[Prawa własności]

Zdjęcie: dzięki uprzejmości IGSMiE PAN