O geologii i geotermii podczas XII Forum Innowacyjności „Klimat wobec wyzwań XXI wieku”

18 grudnia 2021 r. odbyło się w Warszawie XII Forum Innowacyjności pt. „Klimat wobec wyzwań XXI wieku”. Motywem przewodnim spotkania była rola geologii w energetyce niskoemisyjnej i magazynowaniu energii w kontekście transformacji energetycznej, walki o czyste powietrze oraz ograniczania negatywnych skutków zmian klimatu. Wśród poruszanych zagadnień znalazły się także wykorzystanie energii wód termalnych i ciepła pozyskiwanego z gruntu do celów ciepłowniczych oraz magazynowanie i składowanie substancji w głębokich strukturach geologicznych. Wydarzenie zostało zorganizowane przez Państwowy Instytut Geologiczny – PIB (PIG-PIB), Ministerstwo Klimatu i Środowiska (MKiŚ), Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) oraz Instytut Ochrony Środowiska-PIB.

Forum odbyło się w formule on-line, z bezpośrednią transmisją internetową w mediach społecznościach. Spotkanie poprowadził dr hab. Piotr Szrek, zastępca dyrektora ds. badań i rozwoju w PIG-PIB.

Forum otworzył dr Piotr Dziadzio, Podsekretarz Stanu w Ministerstwie Klimatu i Środowiska, Pełnomocnik Rządu ds. Polityki Surowcowej Państwa oraz Główny Geolog Kraju. Słowo wstępne wygłosił również dyrektor PIG-PIB dr inż. Mateusz Damrat.

Piotr Dziadzio podkreślił konieczność optymalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz wymóg podjęcia działań w celu zwiększenia krajowego potencjału wód termalnych. Wskazał na wagę zagadnień związanych z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (CO₂) - technologii, która będzie przedmiotem badań przez najbliższe dekady.

Podczas spotkania przedstawiono cztery prezentacje, których wspólnym mianownikiem była rola geologii w transformacji energetycznej.

Ekspert ds. geotermii dr Mariusz Socha z PIG-PIB omówił stan wiedzy dotyczącej zasobów wód i energii geotermalnej. Wspomniał również o pozytywnych efektach wsparcia rozwoju wykorzystania potencjału geotermalnego przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

- Dowodem na to jest wyraźny i stały wzrost zatwierdzanych projektów robót geologicznych na wykonywanie otworów wiertniczych w celu ujmowania wód termalnych. Według stanu na 31 grudnia 2021 roku zaprojektowano aż 97 nowych inwestycji – dodał Mariusz Socha.

Dr Wiesław Kozdrój z Oddziału Dolnośląskiego PIG-PIB przedstawił innowacyjne rozwiązania i kierunki rozwoju geotermii niskotemperaturowej. Omówił nowatorskie metody stosowane w instalacji gruntowych pomp ciepła i zwrócił uwagę na rozwój technologii umożliwiających zwiększenie głębokości wierceń na potrzeby montażu instalacji gruntowych pomp ciepła. Poruszył również kwestie wykorzystania energii cieplnej z nieeksploatowanych i głębokich otworów poszukiwawczych za ropą naftową i gazem ziemnym, czy też z nieczynnych wyrobisk po eksploatacji węgla kamiennego.

- Praktycznie na terenie całego kraju możemy instalować gruntowe pompy ciepła. Niskotemperaturowe sieci grzewcze dużej skali wykorzystujące poziome wymienniki ciepła zdolne są do zasilania nawet dużych osiedli mieszkaniowych a możliwość stworzenia zeroemisyjnych domów bez rachunków jest już dziś całkowicie realna – podsumował swoje wystąpienie Wiesław Kozdrój.

W kolejnej prezentacji prof. dr hab. Grzegorz Pieńkowski z PIG-PIB przedstawił możliwości stosowania technologii wychwytywania i podziemnego składowania CO₂ w strukturach geologicznych, określanej jako CCS (Carbon Capture and Storage). Państwowy Instytut Geologiczny od wielu lat zajmuje się geologicznymi aspektami technologii CCS, a efektem tych prac jest wyznaczenie na obszarze Polski ośmiu perspektywicznych rejonów oraz szereg konkretnych struktur spełniających kryteria bezpiecznego magazynowania CO₂.

- Od strony geologicznej można mówić o możliwości bezpiecznej sekwestracji dwutlenku węgla. Z naukowego punktu widzenia, przy zastosowaniu technologii CCS będzie teoretycznie możliwe stworzenie w przyszłości zero emisyjnej elektrowni – dodał prof. Pieńkowski.

Jarosław Zacharski z PIG-PIB omówił rodzaje podziemnych magazynów oraz przedstawił ich lokalizację na świecie, w tym w Europie. - Zintensyfikowanie prac prowadzących do lepszego rozpoznania - a w konsekwencji zwiększenia ilości podziemnych magazynów substancji może pozwolić na przyspieszenie procesu magazynowania energii, np. wodoru – podkreślił. - Dotychczasowe prace geologiczne prowadzone przez wiodące firmy sektora poszukiwawczo – wydobywczego w Polsce oraz badania wykonywane przez instytucje naukowo-badawcze, w tym PIG-PIB pozwoliły wskazać potencjalne możliwości zwiększenia bazy magazynowej poprzez wykorzystanie wyeksploatowanych złóż węglowodorów lub struktur solnych - dodał.

Podczas Forum odbył się także panel dyskusyjny pt. „Geotermia w ekologicznej gminie”. W dyskusji uczestniczyli:

• Piotr Dziadzio - Podsekretarz Stanu w Ministerstwie Klimatu i Środowiska, Główny Geolog Kraju, Pełnomocnik Rządu ds. Polityki Surowcowej Państwa, Ministerstwo Klimatu i Środowiska,
• Mateusz Damrat - Dyrektor PIG-PIB,
• Dominik Bąk - Zastępca Prezesa Zarządu NFOŚiGW,
• Mariusz Socha – ekspert, kierownik Pracowni Wód Uznanych za Kopaliny, PIG-PIB,
• Marek Fergiński – Zastępca Burmistrza Miasta Sochaczew,
• Łukasz Białczak - Prezes Zarządu - Geotermia Polska Sp. z o.o.

Moderatorem panelu był Grzegorz Burek, redaktor naczelny Redakcji GLOBEnergia.

Rozpoczynający dyskusję Piotr Dziadzio podkreślił korzyści z maksymalnego wykorzystania potencjału geotermalnego w każdej gminie i konieczność integrację wszystkich odnawialnych źródeł energii na danym obszarze.

Mateusz Damrat zaznaczył, że zadania realizowane przez PIG-PIB w ramach wypełniania zadań państwowej służby geologicznej zmierzają do zwiększenia wykorzystania energii geotermalnej. Wykonywanie przez PIG-PIB bezpłatnych, eksperckich ocen potencjału termalnego dla gmin oraz możliwość korzystania z zasobów baz danych geologicznych stanowią ważne wsparcie dla samorządów inwestujących w geotermię.

Mariusz Socha zwrócił uwagę na konieczność projektowania obiektów geotermalnych w formule kaskadowego wykorzystania energii, gwarantującej efektywne zagospodarowanie zasobów oraz zyski z inwestycji.

O dotychczasowych i planowanych programach umożliwiających dofinansowanie projektów geotermalnych geotermii opowiedział Dominik Bąk. Jednym z nich jest Polska Geotermia Plus, skierowany do przedsiębiorców chcących inwestować w wykorzystanie energii geotermalnej. Z kolei w ramach trwającego od ponad 20 lat programu "Udostępnienie wód termalnych w Polsce" dofinansowane zostało wykonanie 30 otworów, umożliwiających poszukiwanie i rozpoznawanie złóż termalnych.

Ważnym głosem w dyskusji była prezentacja funkcjonujących już projektów geotermalnych. Marek Fergiński podzielił się doświadczeniami z budowy obiektów wykorzystujących wody termalne, a Łukasz Białczak przedstawił założenia inwestycji kapitałowych w projekty geotermalne.

Obrady XII Forum Innowacyjności można uznać za bardzo owocne. Potwierdzono istotną rolę geologii w rozwoju energetyki niskoemisyjnej i magazynowaniu energii. Stwierdzono, że wykorzystanie energii geotermalnej ziemi, wykorzystanie wybranych struktur geologicznych do podziemnego składowania odpadów, w tym CO₂ oraz wykorzystanie górotworu do magazynowania substancji posiada jeden, wspólny mianownik którym jest wykorzystanie wiedzy geologicznej oraz znajomość wgłębnej budowy geologicznej Polski.

Konieczne jest optymalne wykorzystywanie zasobów geotermalnych Polski, szczególnie w sieciach ciepłowniczych miast, które są położone w obszarach występowania tych zasobów. Wykorzystanie potencjału wód termalnych powinno odbywać się we wszechstronny sposób, obejmując także inne dziedziny ważne społecznie i gospodarczo, m.in. rolnictwo, balneoterapię i rekreację. Ważne jest wspieranie merytoryczne jednostek samorządu terytorialnego zainteresowanych wykorzystaniem potencjału geotermalnego.

Wskazane jest również opracowanie i wdrożenie optymalnych technologii geologicznych, wiertniczych, energetycznych i innych w zakresie udostępniania, eksploatacji i wykorzystywania wód termalnych oraz gruntowych pomp ciepła. Nie mniej istotne byłoby opracowanie i wdrożenie programu promocji i edukacji w zakresie korzyści płynących z wykorzystania energii geotermalnej.

Podczas Forum postulowano o kontynuowanie działań związanych z rozpoznaniem regionalnej budowy geologicznej kraju pod kątem udokumentowania struktur przydatnych dla magazynowania energii i jej nośników, a także dla bezpiecznego i wydajnego składowania CO₂ w ramach wdrożenia technologii CCS – jedynej szansy na bezemisyjną energetykę opartą na paliwach kopalnych.

Zwiększenie intensywności prac prowadzących do lepszego rozpoznania i w konsekwencji zwiększenia ilości podziemnych magazynów substancji może również pozwolić na przyspieszenie procesu magazynowania energii, np. w postaci wodoru. Szczególnie istotna jest tu wymiana wiedzy i doświadczeń pomiędzy instytucjami naukowo-badawczymi a przemysłem.

Prezentacje

Prezentacja pdf „Potencjał geotermalny Polski – zagospodarowanie i perspektywy” (6.24 MB)

Prezentacja pdf „Geotermia niskotemperaturowa – innowacyjne rozwiązania, kierunki rozwoju” (11.50 MB)

Prezentacja pdf „CCS bezpieczną technologią niwelującą emisje CO₂” (6.14 MB)

Prezentacja pdf „Wykorzystanie wybranych struktur geologicznych do podziemnego magazynowania substancji” (1.97 MB)

Transmisja wydarzenia: 

 

Odpowiedzi na pytania zadane przez uczestników XII Forum Innowacyjności pt. „Klimat wobec wyzwań XXI wieku”

Pytanie: Jaki jest koszt jednostkowy mocy źródła geotermalnego i jaki jest okres zwrotu z inwestycji?

Gruntowe pompy ciepła: dr Wiesław Kozdrój

Koszty kapitałowe (tzw. capex), czyli zakupu i montażu geotermalnej/gruntowej pompy ciepła o mocy ok. 8-10kW dla domu jednorodzinnego wahają się w granicach 50-80 tys. zł wraz z kosztami projektu i wykonaniem wierceń pod otworowe wymienniki ciepła. Dodając do tego własną instalację PV o mocy 10kWp w cenie ok. 20 tys. zł, która będzie dostarczać prawie całą energią elektryczną do napędu pompy ciepła to koszt takiego zestawu powinien zmieścić się w granicach 70-100 tys. zł.

Dla przykładowego zestawu o maksymalnej cenie 100 tys. zł, uwzględniając aktualnie obowiązujące dotacje z programów Czyste Powietrze dla osób fizycznych wymieniających źródło ciepła (20250 zł – gruntowa pompa ciepła) i Mój Prąd (5000 zł – instalacja fotowoltaiczna), a także podatkową ulgę termomodernizacyjną od pozostałych kosztów (odliczenia w kwocie 14200 zł) to końcowy koszt inwestycji wyniesie ok. 60,5 tys. zł. Skorygowany o dotacje i ulgi koszt jednostkowy wyniesie zatem 6 tys. zł / na 1 kW mocy.

Przy założeniu, że stary sposób ogrzewania piecem węglowym wymagał spalenia ok. 3,5 t węgla w ciągu roku tj. wydania na koszty operacyjne (opex) ok. 4550 zł (przy średniej cenie „ekogroszku” 1200 zł/t), to okres zwrotu z inwestycji wyniesie nieco ponad 13 lat. Okres ten ulegnie znacznemu skróceniu, gdy porównamy prawie zerowe koszty operacyjne gruntowej pompy ciepła z kosztami systemu ogrzewania zasilanego gazem ziemnym.

Geotermia średniotemperaturowa: dr Mariusz Socha

Koszty kapitałowe (tzw. Capex) w przypadku geotermii średniotemperaturowej to przede wszystkim wykonanie otworu produkcyjnego i chłonnego oraz budowa naziemnej części instalacji (wymienniki ciepła, kotły szczytowe, rurociągi, budynki itp.). Największą część składową tych kosztów stanowi wykonanie dubletu geotermalnego (otwór produkcyjny i chłonny).

Koszty wykonania otworów uzależnione są od ich głębokości, która z kolei uzależniona jest od budowy geologicznej. Przeciętny koszt wykonania otworu ujmującego wody termalne wynosi około kilkunastu milionów złotych. Całkowite koszty inwestycyjne na wytworzenie źródła ciepła geotermalnego z reguły kształtują się na poziomie kilkudziesięciu milionów złotych.

Koszty operacyjne (tzw. Opex) w przypadku ciepłowni geotermalnej dzielą się na koszty stałe i koszty zmienne. Koszty stałe to głównie amortyzacja środków trwałych oraz remonty i naprawy bieżące. Koszty zmienne to przede wszystkim zakup konwencjonalnych nośników energii koniecznych do zasilenia pomp i instalacji elektrycznej w ciepłowni (prąd elektryczny) oraz do zasilenia szczytowe źródła ciepła ( gaz ziemny). Średnie koszty operacyjne ciepłowni uzależnione są w dużej mierze od parametrów ujmowanych wód termalnych (im lepsze parametry temperatury i wydajności tym mniejsze zmienne koszty operacyjne) i kształtują się przeważnie na poziomie kilku milionów złotych rocznie.

Uwzględniając powyższe założenia koszt produkcji ciepła w nowych projektach geotermalnych uzależniony będzie w dużej mierze od parametrów ujmowanych wód termalnych (wydajność, temperatura, mineralizacja) i rynku odbiorców ( istnienie lub nie sieci przesyłowych oraz wielkość zapotrzebowania na ciepło. Należy podkreślić, że koszt produkcji ciepła w ciepłowniach geotermalnych jest praktycznie stały i ulega tylko niewielkim wahaniom (podwyżkom) w czasie.

W przypadku korzystnych parametrów geologicznych i technicznych cena wytworzonego ciepła w nowych projektach geotermalnych będzie się mieścić w przedziale od 24 do 45 zł za GJ. Wartość wskaźnika NPV będzie przyjmować wartości dodatnie w założonym okresie na poziomie kilku milionów złotych. Wskaźnik IRR będzie przyjmował wartości w przedziale od 10 do 20%.

Okres zwrotu nakładów inwestycyjnych będzie się mieścił w przedziale od 10 do 19 lat. Średni koszt jednostkowy mocy źródła geotermalnego to 1,5 mln zł na megawat energii cieplnej.

Pytanie: Ze statystyk publikowanych przez IRENA geotermia ma najwyższe koszty nakładów kapitałowych na jednostkę energii. Jak tę własność pogodzić z ubóstwem odbiorców ciepła?

Gruntowe pompy ciepła: dr Wiesław Kozdrój

Geotermia płytka/niskotemperaturowa rzeczywiście charakteryzuje się wysokimi kosztami nakładów kapitałowych, jednakże – jak opisano to powyżej – są one w dłuższej perspektywie czasowej niwelowane przez bardzo niskie koszty operacyjne. Ubóstwo energetyczne zniechęca potencjalnych inwestorów od zastosowania drogich, gruntowych pomp ciepła, a zamiast tego skłania do montażu tańszych, ale wciąż emitujących CO₂, pieców gazowych. Trwają prace nad nowymi programami wsparcia finansowego, dedykowanymi wykorzystaniu czystych, odnawialnych źródeł ciepła.

Geotermia średniotemperaturowa: dr Mariusz Socha

Geotermia średniotemperaturowa charakteryzuje się wysokimi nakładami początkowymi. Jednak w trakcie funkcjonowania ciepłowni geotermalnej koszty operacyjne są już niskie. Uwzględniając koszty środowiskowe oraz zdrowotne funkcjonowania ciepłowni wykorzystujących paliwa konwencjonalne można stwierdzić, że produkcja energii geotermalnej jest tańsza niż w przypadku paliw kopalnych.

Należy również podkreślić, że w odróżnieniu od innych odnawialnych źródeł energii ciepło geotermalne jest dostępne zawsze bez względu na to, czy świeci słońce i czy wieje wiatr.

Ponadto kaskadowe wykorzystanie wód i energii geotermalnej przynosi dodatkowe korzyści w postaci rozwoju gospodarczego w zakresie usług i handlu (rozwój hoteli, sektora gastronomicznego i usług kosmetycznych oraz zdrowotnych). Bariera rozwoju geotermii średniotemperaturowej w postaci wysokich nakładów początkowych została wyeliminowana przez rządowy program wsparcia samorządów zainteresowanych ujmowaniem wód termalnych oraz przez program „Polska Geotermia Plus”.

Pytanie: Jak system wentylacji z zasobnikiem gruntowym jest czyszczony i jak często i z jakiego powodu?

Rozumiemy, że autor pytania miał na myśli instalację gruntowego, powietrznego wymiennika ciepła, którego istota działania polega na tym, że powietrze rozprowadzane w pomieszczeniach mieszkalnych z centrali wentylacyjnej jest wcześniej zatłaczane do płytko umieszczonego w gruncie systemu rur, gdzie z uwagi na różnicę temperatur pomiędzy gruntem a powietrzem zewnętrznym, powietrze przepływające przez rury zimą jest ogrzewane, a latem schładzane. Instalacje tego typu można podzielić na tzw. „przeponowe”, w których powietrze przepływa w szczelnych rurach z tworzywa sztucznego lub w kanałach betonowych oraz „bezprzeponowe” gdzie rury są perforowane i powietrze ma bezpośredni kontakt z gruntem, zwykle porowatą warstwą żwirową.

Jak każda instalacja techniczna, gruntowe powietrzne wymienniki ciepła muszą podlegać okresowej kontroli higienicznej i konserwacji. Może się zdarzyć, jak np. w rurach instalacji przeponowych zjawisko skraplania wody w okresie letnim, która może być przyczyną rozwoju mikroorganizmów. Należy wówczas przeprowadzić ich czyszczenie za pomocą wody lub na sucho za pomocą szczotek. Techniczne szczegóły i częstotliwość takiej konserwacji należy obowiązkowo uzgodnić z wykonawcą instalacji.

Pytanie: Jak prawnie chronić inwestorów gruntowych wymienników ciepła z wentylacją mechaniczną od np. negatywnego zatapiania wodami z sąsiedztwa, gdzie jest niedopuszczalne rozsączanie wód opadowych? Lub kiedy w sąsiedztwie jest wysokie zadrzewienie zacieniające teren z możliwą instalacją PV?

Aktualnie nie ma specjalnych przepisów prawa dotyczących gruntowych pomp ciepła lub instalacji fotowoltaicznych, które w sposób jednoznaczny rozstrzygałyby przedstawione wyżej kwestie.

Pytanie: Czy program Moja Woda będzie kontynuowany w roku 2022 r.

W celu uzyskania odpowiedzi prosimy o kontakt z Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

XII FORUM INNOWACYJNOŚCI „Klimat wobec wyzwań XXI wieku” zostało zorganizowane w ramach zadania: Współpraca krajowa w zakresie geologii i promocja działań państwowej służby geologicznej w latach 2021 – 2023 i sfinansowane ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.