Stygnąca Ziemia wypromieniowuje ciepło, które poprzez konwekcję i kondukcję przenika ku powierzchni ogrzewając skały oraz media wypełniające przestrzenie porowe, w tym wodę. Wody termalne, inaczej zwane geotermalnymi, są to podziemne wody mineralne lub zwykłe, których temperatura mierzona na wypływie ze źródeł naturalnych lub odwiertów wynosi co najmniej 20oC. Energia geotermiczna to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód termalnych. Zalicza się ją do energii odnawialnych ze względu na jej źródło, które wydaje się praktycznie niewyczerpalne. W celu wydobycia wód termalnych na powierzchnię wykonuje się odwierty do głębokości zalegania tych wód.
Początki eksploatacji ciepłych wód związane są z naturalnymi źródłami wykorzystywanymi od wieków do celów leczniczych, podgrzewania i gotowania pożywienia a także najogólniej nazywanej obecnie rekreacji. Na obszarze Polski mamy jednak stosunkowo niewielkie tradycje w zakresie korzystania z wód termalnych, ze względu na brak (poza Sudetami) samoczynnych wypływów ciepłych wód. Brak zatem tradycji budowania term, gdzie wszyscy mogli odpocząć po uiszczeniu stosownej opłaty. Niemniej jednak i w Polsce od kilku stuleci eksploatowane były ujęcia dla celów leczniczych. Pierwsze zalążki uzdrowiska powstały w Cieplicach już w 1288 r. kiedy to zakon Joannitów wzniósł gościniec dla chorych. W tym czasie w Lądku istniały już urządzenia sanitarne, zniszczone w 1241 przez wojska mongolskie. W latach 1577-1580 zainstalowano pierwsze wanny z podgrzewaną wodą oraz wzniesiono nowe budynki dla kuracjuszy. Rada miejska wydała wówczas pierwszy regulamin zdrojowy, określający sposoby i zasady korzystania ze źródeł. Historia ciechocińskich źródeł solankowych sięga bardzo odległych czasów. Jednak jako najstarsze uważa się zapiski z XIII wieku. W roku 1235 książę Konrad I Mazowiecki wystawił dokument, w którym przekazał w wieczną dzierżawę sprowadzonemu przez siebie Zakonowi Krzyżackiemu dwie warzelnie soli, za co zakon zobowiązany został do świadczenia deputatów solnych dworom księcia i biskupa. Z XV wieku pochodzą wzmianki o istnieniu źródła leczniczego "Zimny Zdrój" w Dusznikach. Z kolei pierwsze wzmianki o leczniczych właściwościach wody w Iwoniczu Zdroju pochodzą z wydanych w 1578 roku "Cieplic" Wojciecha Oczki, lekarza nadwornego Stefana Batorego. W XVII wieku "cudowne" właściwości wód iwonickich były już znane w całym kraju. Interesowali się nimi wybitni lekarze leczący koronowane głowy. Osiemnasty wiek nie sprzyjał rozwojowi uzdrowiska i dlatego nastąpił upadek lecznictwa w Iwoniczu. Najdalej na północ położnym uzdrowiskiem są tężnie Konstancińskie założone w 1917 roku. Pod Tatrami natomiast historia geotermii rozpoczyna się w 1844 roku u źródła na Jaszczurówce, w Zakopanem.
Przełom XIX i XX wieku to także początki poszukiwań nafty i gazu, a co za tym idzie historii wiertnictwa. Pomiar temperatury był jednym z pierwszych pomiarów geofizycznych, jakie wykonywano w otworze wiertniczym. W 1963 r. wody termalne o temperaturze 37°C uzyskano po raz pierwszy z otworu wiertniczego. Otwór ten, Zakopane IG-1 zlokalizowany na Antałówce, został zaprojektowany przez Instytut Geologiczny (dzisiaj Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy). Eksploatowane wody termalne wykorzystywano do celów rekreacyjnych w basenach kąpielowych.
Obecnie słowo „geotermia” kryje w sobie różne zagadnienia wynikające z podziału ze względu na sposób wykorzystania oraz eksploatacji złóż energii geotermalnej.
W zależności od warunków geologicznych, hydrologicznych i termicznych należy podzielić eksploatację wód złożowych na:
-
Geotermię płytką (niskotemperaturową) cechująca się temperaturą od kilkunastu stopni do ok. 20oC, wykorzystująca wody gruntowe do kilkuset metrów głębokości. Odbiór energii realizowany jest przez pompy ciepła (wymienniki ciepła). System ten najczęściej ma zastosowanie w ogrzewaniu pojedynczych budynków. Czynnikiem obiegowym – nośnikiem ciepła, jest tutaj woda z dodatkiem środka przeciwzamarzającego (25-30%) lub solanka.
-
Geotermię klasyczną (wysoko-temperaturową) opartą na naturalnych systemach geotermalnych. Woda termalna wykorzystywana jest bezpośrednio - doprowadzana systemem rur, bądź pośrednio - oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym. Otwory w tym przypadku dochodzą do znacznych głębokości (powyżej 2500 m), a temperatura medium grzewczego może osiągnąć na tyle wysoką wartość, że ciepło odzyskuje się w tradycyjnych wymiennikach bez wspomagania pompą ciepła. Taka instalacja jest zdolna do ogrzania większej ilości budynków, a nawet miast. Przy bardzo wysokich temperaturach powyżej 100oC (wody gorące, para wodna) ma także zastosowanie do produkcji energii elektrycznej.
-
Geotermię wzbudzaną (od angielskiego terminu EGS – Enhanced Geothermal Systems), gdzie odbiór ciepła odbywa się poprzez zatłaczane pod dużym ciśnieniem płyny (woda, solanka, lub inne media, jak np. superpłyny), które cyrkulują przez gorącą strukturę skalną (np. systemy HDR - Hot Dry Rocks).
Wody termalne rozumiane jako medium w tak zwanej geotermii klasycznej, znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski. Pomimo tak licznego występowania wód ich eksploatacja nie jest łatwa. Główną przeszkodą są zarówno warunki wydobycia jak i ekonomiczna strona tego typu przedsięwzięcia. W Polsce funkcjonuje 6 komunalnych ciepłowni geotermalnych. W ciągu ostatnich 3 lat uruchomiono także 3 lokalne geotermalne systemy ciepłownicze służące do zaopatrzenia w ciepło pojedynczych budynków użyteczności publicznej. Ponadto wody termalne wykorzystywane są w 19 ośrodkach rekreacyjnych, 12 uzdrowiskach geotermalnych, 1 warzelni soli i 1 zakładzie hodowli ryb.
