Wieloletnie wahania zwierciadła wód podziemnych a projektowanie instalacji ATES

Anna Mikołajczyk, Jolanta Cabalska, Agnieszka Felter, Dorota Palak-Mazur, Anna Kuczyńska, publ. grudzień 2024

Analiza wykresów danych pomiarowych pokazuje, że na wahania o charakterze rocznym czy sezonowym nakładają się wahania wieloletnie. W wodach o zwierciadle swobodnym należy spodziewać się różnych położeń wód podziemnych, a w wodach o zwierciadle napiętym różnych ciśnień w poziomie wodonośnym – w zależności od momentu cyklu, w którym pomiar jest wykonywany. Informacje te powinny być brane pod uwagę na etapie projektowania instalacji ATES. Wartości archiwalne nie muszą w pełni odpowiadać wartościom z przyszłości, szczególnie w świetle zachodzących zmian klimatycznych lub zmian związanych z antropopresją (m.in. leje depresji spowodowane dużymi ujęciami wód podziemnych, odwodnienia na potrzeby eksploatacji górniczej w tym piaskowni, żwirowni itp.). Przy długookresowych ekstremalnych warunkach pogodowych wahania sezonowe przestają być widoczne.

Wartości stężeń żelaza i manganu w wynikach oznaczeń chemicznych z lat 1991–2024 z bazy Monitoring Wód Podziemnych (MWP) a wytyczne dla systemów ATES w tym zakresie

Wpływ systemu ATES na chemizm wód podziemnych

Lidia Razowska-Jaworek, publ. grudzień 2024 r.

Zmiany temperatury wód podziemnych mogą powodować zmiany w składzie chemicznym tych wód, ponieważ temperatura odgrywa bardzo ważną rolę przede wszystkim w procesach rozpuszczania minerałów, kinetyce reakcji chemicznych, utlenianiu materii organicznej, procesach redoks oraz sorpcji-desorpcji anionów i kationów (Arning i in., 2006; Brons i in., 1991; Griffioen i Appelo, 1993; Holm i in., 1987; Hoyer i in., 1994; Sowers i in., 2006). Większość badań nad wpływem temperatury na rozpuszczalność minerałów w warstwach wodonośnych skupiała się na rozpuszczalności minerałów odpowiedzialnych za kolmatację studni. W termicznie zrównoważonym systemie ATES substancje rozpuszczone powstające w wyniku rozpuszczania minerałów są transportowane między otworami. Minerał może rozpuścić się w jednym otworze i wytrącić się w drugim i odwrotnie. W wysokich temperaturach, rozpuszczeniu ulegają krzemiany, co może doprowadzić do wysokiego stężenia Si w ciepłym otworze i w konsekwencji do wytrącenia krzemianów (np. talku, kwarcu) na wymiennikach ciepła i/lub w otworze zimnym. Natomiast w przypadku węglanów (np. CaCO₃ i FeCO₃) wytrącanie nastąpi na wymienniku i w otworze ciepłym, a rozpuszczenie w zimnym (Brons i in., 1991; Griffioen i Appelo, 1993; Holm i in., 1987; Hoyer i in. in., 1994; Jenne i in., 1992; Perlinger i in., 1987; van Oostrom i in., 2010).

Kolmatacja systemów geotermii płytkiej: przyczyny i skutki

Marta Składowska, publ. grudzień 2024 r.

Płytkie systemy geotermalne są coraz częściej wykorzystywane do magazynowania lub gromadzenia energii cieplnej w celach grzewczych lub chłodniczych. System magazynowania energii cieplnej w warstwach wodonośnych (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES), który wykorzystywany jest na całym świecie do ogrzewania i chłodzenia przestrzeni wewnętrznych, napotyka liczne wyzwania technologiczne. Jednym z kluczowych problemów jest kolmatacja (zatykanie) instalacji składających się ze studni geotermalnych służących do magazynowania i odzysku energii cieplnej z warstw wodonośnych, która prowadzi do spadku wydajności ATES, a często nawet awarii systemu.

Procesy kolmatacji można podzielić na trzy główne typy: biologiczne, chemiczne i fizyczne (Baveye i in., 1998; Vandevivere i Baveye, 1992). Każdy z nich ma odmienny mechanizm powstawania i skutki dla funkcjonowania instalacji eksploatujących energię geotermalną, jednak są one ze sobą mocno powiązane, często występują jednocześnie i oddziałują na siebie np. reakcje biologicznie mogą sprzyjać wytrącaniu się związków chemicznych, jak w przypadku wytrącania wodorotlenku żelaza, w wyniku aktywności bakterii utleniających żelazo (np. Burté i in., 2019). W praktyce nie zawsze można łatwo ustalić, który typ mechanizmu kolmatacji jest dominujący, dlatego też poszczególnych procesów nie powinno się rozpatrywać odrębnie.