O geotermii

Geotermia płytka to źródła energii geotermalnej, gdzie temperatura nie jest wystarczająca, aby odzyskać energię cieplną bez zastosowania specjalistycznych technologii. Technologie te działają w oparci o stabilną temperaturę i wykorzystywane są w celu ogrzewania (i/lub chłodzenia) obiektów budowlanych zarówno domów jednorodzinnych, jak i całych osiedli, budynków użyteczności publicznej, obiektów przemysłowych oraz magazynowania ciepła w górotworze.

Geotermia niskotemperaturowa to płytka energia geotermalna, jedna z form odnawialnych źródeł energii (OZE), czysta i bezemisyjna, praktycznie wykorzystywana przy użyciu gruntowych pomp ciepła (GPC) (Kapuściński, Rodzoch 2010; Rubik 2011; Ryżyński, Kozdrój, Szlasa (red.) i in. 2023).

Geotermia inżynierska jest to dziedzina geotermii zajmująca się pracami i badaniami, które dotyczą:

• pozyskania ciepła i chłodu z górotworu,
• wykorzystania energii cieplnej zgromadzonej w najpłytszych warstwach górotworu przez systemy grzewcze wykorzystujące fundamenty energetyczne oparte na pracy gruntowych pomp ciepła
• oceny podłoża budowlanego pod względem właściwości cieplnych.

Geotermia płytka w praktyce

Geotermia płytka wykorzystywana jest przede wszystkim do ogrzewania (i/lub) chłodzenia zarówno domów jednorodzinnych, jak i całych osiedli, budynków użyteczności publicznej czy komercyjnych lub przemysłowych, poprzez technologię gruntowych pomp ciepła.

W tym celu wykorzystuje się otwory wiertnicze (tzw. otworowe wymienniki ciepła) o głębokość od kilkudziesięciu do 150-200 metrów, jednakże przeważnie osiągają one głębokość 100 metrów. Ich głębokość i ilość zależy od istniejących warunków gruntowo-wodnych. Poszczególne rodzaje gruntów i skał różnią się pod względem przewodności termicznej, co ma bezpośredni wpływ na to, jak szybko ogrzewa się czynnik w instalacji pompy ciepła.

Ponadto grunty i skały różnią się pod względem pojemności cieplnej, którą można wykorzystać do podziemnego magazynowania energii cieplnej. Magazyny energii cieplnej pozwalają zagospodarować nadwyżki energii, ciepło odpadowe jak i energię pozyskaną z instalacji OZE, w celu jej późniejszego wykorzystania. Za pomocą specjalnych instalacji, nadwyżki energii elektrycznej są zamieniane na energię cieplną, którą następnie można zatłaczać (magazynować) pod ziemię w sezonach ciepłych i odzyskiwać w okresach ogrzewania. Alternatywnie można zatłaczać chłód pochodzący z chłodnego zimowego powietrza lub chłód odebrany od wody przez pompę ciepła w okresie grzewczym i odzyskiwać go w sezonie letnim do klimatyzowania pomieszczeń.

Energia geotermalna, bazująca na instalacjach pomp ciepła, jest coraz bardziej popularna ze względu na swoją efektywność energetyczną, niskie koszty eksploatacji w dłuższej perspektywie czasowej oraz nieduże rozmiary pozwalające zaoszczędzić przestrzeń użytkową na powierzchni. Ponadto, stanowi alternatywę dla tradycyjnych systemów ogrzewania i chłodzenia, ponieważ korzysta z odnawialnego źródła energii, pozwala zmniejszyć zużycie energii i ograniczyć emisję CO₂. Dzięki temu jest dobrym narzędziem do walki ze smogiem.

Rodzaje geotermii:

ze względu na temperaturę wód geotermalnych:

• geotermia niskotemperaturowa:
  • temperatura wody do 30°C,
  • woda używana przede wszystkim do ogrzewania budynków;

• geotermia średniotemperaturowa:
  • temperatura wody w zakresie 30-150°C,
  • woda może być wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej oraz produkcji ciepła;

• geotermia wysokotemperaturowa:
  • temperatura wody powyżej 150°C,
  • woda najczęściej wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej oraz w przemysłowych procesach ciepłowniczych;

 ze względu na głębokość występowania zasobów geotermalnych:

• geotermia płytka (niskotemperaturowa):
  • do głębokości 200 m,
  • najczęściej stosowana z gruntowymi pompami ciepła (GSHP) do ogrzewania i chłodzenia budynków,
  • temperatura w zakresie 10-30°C;

• geotermia głęboka (średnio- i wysokotemperaturowa):
  • powyżej 200 m głębokości,
  • może być wykorzystywana do ciepłownictwa oraz do produkcji energii elektrycznej,
  • temperatura powyżej 100°C;

ze względu na technologię wykorzystania:

• gruntowe pompy ciepła (GSHP):
  • wykorzystują geotermię płytką,
  • używane do ogrzewania i chłodzenia obiektów budowlanych,
  • systemy mogą być pionowe (sondy geotermalne) lub poziome (kolektory geotermalne);

• podziemne magazyny ciepła (geotermia inżynierska):
  • wykorzystują geotermię płytką i niskotemperaturową,
  • używane do ogrzewania i chłodzenia obiektów budowlanych,
  • mogą być bezzbiornikowe (BTES) i zbiornikowe (TTES, PTES);

• fundamenty energetyczne (konstrukcje termoaktywne) (geotermia inżynierska):
  • wykorzystują geotermię płytką i niskotemperaturową,
  • używane do ogrzewania i chłodzenia obiektów budowlanych,
  • mogą pełnić funkcję podziemnego bezzbiornikowego magazynu ciepła;

• elektrownie geotermalne:
  • wykorzystują geotermię głęboką i wysokotemperaturową,
  • używane do produkcji energii elektrycznej przede wszystkim na obszarach o wysokim potencjale geotermalnym;

• systemy hybrydowe:
  • kompilacja energii geotermalnej i innych odnawialnych źródeł energii (np. energia słoneczna, biomasa),
  • wykorzystywana w celu zwiększenia efektywności energetycznej.