Geotermia w Polsce – potencjał i wykorzystanie energii Ziemi

Geologiczny potencjał i zasoby geotermalne w Polsce: od Podhala po Niż Polski

Energia geotermalna jest w pełni zaliczana do odnawialnych źródeł energii (OZE). Procesy pozyskiwania ciepła Ziemi nie zależą od warunków atmosferycznych. Zapewnia to stabilne i nieprzerwane dostawy ciepła. Ciepło Ziemi pochodzi głównie z procesów rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Około 80% tej energii generują pierwiastki takie jak potas, uran i tor. Pozostałe 20% to ciepło pochodzące z formowania się planety. Temperatura wewnątrz Ziemi rośnie w kierunku jądra, osiągając nawet 6000°C. Średni gradient geotermiczny w Polsce wynosi około 25 do 30°C na kilometr głębokości. W regionach o specyficznej budowie geologicznej gradient przekracza 40°C/km. Polska leży w Prowincji Centralnoeuropejskiej. Nie posiada aktywnej wulkanicznie strefy, dlatego ciepło pochodzi głównie z rozpadu. Oznacza to, że ciepło Ziemi jest stabilnym, praktycznie niewyczerpywalnym źródłem. Geotermia w Polsce koncentruje się na wykorzystaniu hydrogeotermalnym. Oznacza to eksploatację gorących wód z głębokich warstw skalnych. Pozyskiwanie pary wodnej do produkcji prądu jest obecnie nieopłacalne ekonomicznie. Inwestycje powinny maksymalnie wykorzystywać energię niskotemperaturową.

Geotermia w Polsce ma duży potencjał hydrogeotermalny, czyli wodny. Zasoby te występują na ponad połowie terytorium kraju. Konkretnie obejmują one 40-55% powierzchni Polski. Największy potencjał hydrogeotermalny koncentruje się w dwóch głównych regionach. Są to Niecka Podhalańska na południu oraz rozległy Niż Polski. Wody termalne w Polsce występują na głębokościach od 1 km do 4 km. Ich temperatura waha się od 30°C do 130°C. Dominują zasoby wód termalnych, idealne dla ciepłownictwa. Zgodnie z Ustawą Prawo geologiczne i górnicze, woda jest termalna. Woda podziemna musi osiągać temperaturę nie mniejszą niż 20°C. Ta prawna definicja jest kluczowa dla możliwości eksploatacji złóż. Niż Polski charakteryzuje się rozległymi basenami sedymentacyjnymi. Występują tam zbiorniki w utworach jurajskich i kredowych. Podhale ma zasoby związane ze specyficzną budową geologiczną Karpat. Obszary te stanowią stabilną bazę dla rozwoju ciepłownictwa. Badania geologiczne potwierdzają występowanie tych złóż na znacznej części kraju. Pozwalają one na długoterminowe planowanie inwestycji ciepłowniczych. Państwowy Instytut Geologiczny (PIG-PIB) dostarcza szczegółowych danych geologicznych. Te dane są niezbędne do oceny zasoby geotermalne Polski.

Zasoby geotermalne Polski mają znaczący potencjał dla krajowego ciepłownictwa. Eksperci z Forum Energii szacują ich możliwości. Potencjał ten może zaspokoić 19–31% całkowitego zapotrzebowania na ciepło w kraju. Oznacza to, że zasoby geotermalne zaspokoją do 31% zapotrzebowania na ciepło. Jest to ogromna szansa na dekarbonizację sektora. Kluczowe baseny sedymentacyjne leżą głównie na Niżu Polskim. Należą do nich basen jurajski oraz basen kredowy. Obszary te pokrywają się z dużymi aglomeracjami miejskimi. Na terenach zasobnych w energię wód termalnych leżą ważne polskie miasta. Są to na przykład Warszawa, Poznań i Szczecin. Bliskość złóż do dużych odbiorców ułatwia budowę sieci ciepłowniczych. Wykorzystanie geotermii w tych miastach ograniczy niską emisję. Ciepło Ziemi może zastąpić paliwa kopalne w systemach grzewczych. Geotermia ma najwyższy potencjał techniczny spośród wszystkich OZE w Polsce. Krajowe zasoby są stabilne i niezależne od zewnętrznych dostaw. W 2023 roku geotermia miała 0,3% udziału w OZE ogółem. Wzrost inwestycji jest konieczny dla realizacji celów klimatycznych.

Kluczowe baseny sedymentacyjne

Polska posiada bogate zasoby geotermalne Polski ukryte w głębokich strukturach geologicznych. Złoża te są rozlokowane dość równomiernie na dużej powierzchni kraju. Wyróżniamy pięć kluczowych basenów sedymentacyjnych.

• Basen jurajski: Basen jurajski zawiera wody termalne w utworach liasowych. Jest eksploatowany w Pyrzycach i Mszczonowie.
• Basen kredowy: Występuje na Mazowszu i w Niecce Mogileńsko-Łódzkiej. Wody są w utworach węglanowo-piaszczystych.
• Niecka Podhalańska: Charakteryzuje się wysokimi temperaturami wody (85–130°C). Zlokalizowany jest tam największy zakład.
• Basen dewońsko-karboński: Zasoby występują na Lubelszczyźnie i Pomorzu. Wymaga intensyfikacji przepływu wody.
• Basen dolnopermski: Wody o wysokiej mineralizacji. Możliwość pozyskiwania ciepła i składników mineralnych.

Porównanie regionów geotermalnych w Polsce

Regiony geotermalne w Polsce różnią się parametrami eksploatacyjnymi. Głębokość odwiertów i temperatura wody są kluczowe. Poniższa tabela przedstawia główne różnice.

Region	Głębokość [km]	Typowa Temperatura [°C]
Podhale	4	85–130
Niż Polski (Lias)	1–3	50–90
Niż Polski (Kreda)	2–4	60–100

Tabela przedstawia zróżnicowanie geologiczne polskich zasobów geotermalnych. Polska leży w Prowincji Centralnoeuropejskiej, gdzie baseny sedymentacyjne są kluczowe. Różnice w głębokości i temperaturze wynikają ze specyfiki litologicznej.

Technologiczne aspekty wykorzystania geotermii: ciepłownie, odwierty i systemy binarne

Geotermia w Polsce jest wykorzystywana wielokierunkowo. Obejmuje to produkcję ciepła, balneoterapię oraz cele rekreacyjne. W kraju funkcjonują dwa główne rodzaje wykorzystania. Pierwszym jest geotermia płytka, stosowana do ogrzewania indywidualnego. Wykorzystuje ona gruntowe pompy ciepła, wiercenia do 200 metrów głębokości. Obecnie zainstalowanych jest około 85 tysięcy takich systemów. Drugim typem jest geotermia głęboka, używana w ciepłownictwie systemowym. Wykorzystuje ona gorące wody geotermalne z głębokości powyżej 1 km. Kluczowym przykładem jest Geotermia Podhalańska. Ta instalacja dostarcza ciepło systemowe w regionie Zakopanego. Wykorzystuje ona wodę o wysokiej temperaturze. Działające ciepłownie geotermalne stanowią fundament dekarbonizacji ciepłownictwa. Polska ma obecnie siedem takich instalacji. Do końca roku planowane jest uruchomienie trzech kolejnych. Ciepło Ziemi jest czystą i bezemisyjną energią. Ogranicza to zanieczyszczenie powietrza w aglomeracjach miejskich.

Kluczowym elementem wykorzystania zasobów są głębokie odwierty geotermalne. Służą one do wydobycia gorącej wody z warstw wodonośnych. Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej Geotermia Podhalańska realizuje ważny projekt. Jest nim wiercenie czwartego otworu produkcyjnego, znanego jako Bańska PGP-7. Planowana głębokość tego odwiertu przekracza 4 km. Ma on zapewnić wodę o temperaturze około 85°C. Inwestycja ma na celu zwiększenie mocy ciepłowniczej instalacji. Szacuje się, że dodatkowa zdolność wytwarzania ciepła wzrośnie o niemal 15 MWt. Obecna zdolność wytwarzania energii cieplnej wynosi około 80 MWt. Całkowity koszt tej inwestycji wynosi 108,5 mln zł. Geotermia Podhalańska otrzymała 52,6 mln zł dotacji z NFOŚiGW. Gorąca woda zasili system grzewczy w Zakopanem. Geotermia zaspokaja tam 40% rynku ciepłowniczego. Projekt Bańska PGP-7 przyczynia się do ograniczenia tak zwanej niskiej emisji. W ramach prac planuje się budowę rurociągu i infrastruktury towarzyszącej. Rozbudowa sieci ciepłowniczej obejmie około 6 km. Nowoczesne ciepłownie geotermalne minimalizują ryzyko związane z cenami paliw kopalnych.

Rozwój geotermii głębokiej wiąże się z zaawansowanymi wyzwaniami technologicznymi. Przykładem jest projekt odwiertu w Szaflarach koło Zakopanego. Docelowo planowano osiągnięcie głębokości 7 km. Prace wiertnicze zostały wstrzymane na głębokości około 6050 metrów. Odwiert ten, Bańska PGP-4, jest projektem badawczym. Jego celem jest rozpoznanie najgłębszych złóż w regionie Podhala. Na głębokości 5 km woda osiąga temperaturę około 120°C. Jest to bardzo cenny zasób dla ciepłownictwa. Koszt realizacji otworu badawczego to około 130 mln zł. Całość inwestycji jest finansowana przez NFOŚiGW. W celu ustabilizowania prac wiertniczych zastosowano technologię korek cementowy. Odwiert ten dostarcza cennych danych geologicznych. Pomimo wstrzymania prac na docelowej głębokości, jest to duży sukces. Jak stwierdzają eksperci:

Już mamy duży sukces

Inwestycje te są kluczowe dla przyszłego rozwoju geotermii.

Choć geotermia w Polsce koncentruje się na cieple, przyszłość może należeć do prądu. Produkcja energii elektrycznej wymaga zwykle temperatury powyżej 150°C. Polskie złoża często osiągają niższe wartości, zwykle do 130°C. Dlatego systemy binarne są kluczowe dla polskiej energetyki. Systemy binarne produkują energię elektryczną przy niższych temperaturach. Wykorzystują one zaawansowane płyny robocze o niskiej temperaturze wrzenia. Inne kierunki rozwoju obejmują systemy EGS (Enhanced Geothermal Systems). Technologie EGS wykorzystują ciepło suchych skał, a nie gotowych złóż wodnych. Wymagają one zaawansowanych technik szczelinowania hydraulicznego. Rozwija się też hybrydowe systemy energetyczne. Łączą one energię geotermalną ze szklarniami lub balneoterapią. Maksymalizacja wykorzystania ciepła zwiększa opłacalność inwestycji. Energia geotermalna, dzięki swojej stabilności, jest idealna do uzupełniania wiatru i fotowoltaiki.

Kluczowe instalacje geotermalne w kraju

W Polsce funkcjonuje obecnie siedem ciepłowni geotermalnych. Kolejne projekty są w fazie budowy lub planowania. Inwestycje te mają charakter zarówno ciepłowniczy, jak i rekreacyjny.

1. Geotermia Podhalańska (Bańska-Biały Dunajec): Najstarsza i największa, dostarcza 40% ciepła w Zakopanem.
2. Geotermia Pyrzyce: Jedna z pierwszych ciepłowni w Polsce. Wykorzystuje wody z basenu jurajskiego.
3. Geotermia Mszczonów: Zapewnia ciepło systemowe i rekreację. Znana z nowoczesnych rozwiązań technicznych.
4. Geotermia Uniejów: Służy głównie celom rekreacyjnym i balneoterapii. Aktywna od 2008 roku.
5. Geotermia Poddębice: Wykorzystywana do ogrzewania i rekreacji. Osiąga temperaturę do 71°C.
6. Geotermia Koło (planowana/uruchamiana): Ma dostarczać ciepło o 10% tańsze niż ze źródeł kopalnych.
7. Geotermia Konin (planowana/uruchamiana): Uruchomienie planowane jest na kolejny sezon grzewczy.

Wzrost zdolności wytwarzania energii cieplnej w Zakopanem (MWt).

Ekonomia i polityka rozwoju geotermii w Polsce: koszty, dotacje i prognozy do 2035 roku

Rozwój geotermii napotyka na wysoką barierę wejścia. Głównym wyzwaniem są wysokie koszty geotermii inwestycyjnej. Dotyczy to szczególnie głębokich odwiertów poszukiwawczych. Ryzyko geologiczne i koszty początkowe spowalniają rozwój. Ryzyko geologiczne i wysokie koszty początkowe odwiertów geotermalnych spowalniają rozwój. Dlatego kluczową rolę odgrywa wsparcie publiczne. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) jest głównym inwestorem. Fundusz aktywnie wspiera programy takie jak Polska Geotermia Plus. Na przykład, Geotermia Podhalańska otrzymała 52,6 mln zł dotacji. Środki przeznaczono na projekt Bańska PGP-7 o wartości 108,5 mln zł. NFOŚiGW przeznaczył łącznie 229,2 mln zł na odwierty geotermalne. Dotyczy to 15 miejscowości w 8 województwach. Celem jest rozpoznanie i ocena zasobów wód termalnych. Samorządy powinny aktywnie aplikować o te środki. Wsparcie finansowe minimalizuje ryzyko inwestorów prywatnych.

Konkurencyjność energii geotermalnej rośnie dynamicznie. Wzrost cen paliw kopalnych i uprawnień do emisji CO2 jest głównym czynnikiem. Ciepłownie geotermalne są źródłem bezemisyjnym. Nie są obciążone kosztami zakupu uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Wprowadzenie systemu ETS2 dodatkowo wzmacnia konkurencyjność OZE. System ETS2 obejmie emisje z budynków i transportu. To sprawi, że ciepło z węgla i gazu będzie droższe. Dlatego geotermia staje się coraz bardziej opłacalna ekonomicznie. Przykładem jest Geotermia Koło. Tamtejsza instalacja dostarcza ciepło o 10% tańsze. Jest to niższa cena niż z wcześniejszych źródeł opartych na węglu. Wzrost cen ciepła z Geotermii Podhalańskiej wyniósł 25%. Tymczasem w skali kraju wzrosty osiągały 40 do 100%. Dywersyfikacja źródeł ciepła jest kluczowa dla bezpieczeństwa energetycznego. Geotermia w Polsce redukuje zależność od zewnętrznych łańcuchów dostaw. Rosnące koszty konwencjonalnych źródeł przyspieszą transformację ciepłownictwa.

Długoterminowe prognozy Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) są bardzo optymistyczne. IEA przewiduje, że koszty geotermii mogą spaść o 80% do 2035 roku. Taki spadek uczyni geotermię konkurencyjną cenowo. Będzie ona konkurować z energią ze słońca i wiatru. Jednak geotermia zapewnia stabilność energetyczną. W przeciwieństwie do niestabilnej fotowoltaiki, działa 24/7/365. Globalne moce geotermalne były wykorzystywane średnio w ponad 75% w 2023 roku. Dla porównania, wiatr i PV miały wskaźniki poniżej 30%. Stabilność jest kluczowa dla systemu elektroenergetycznego. Dyrektor Wykonawczy IEA, Fatih Birol, prognozuje duży wzrost. Stwierdził on, że:

Prognozuje się, że do roku 2030 moc energii pochodzącej z geotermii potroi się.

Jest to sygnał dla inwestorów. Transformacja branży naftowej i gazowej w kierunku geotermii może przynieść duże korzyści. Konkurencyjność energii geotermalnej wzrośnie dzięki postępowi technologicznemu i masowej skali.

Rekomendacje IEA dla rozwoju geotermii

Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) przedstawiła kluczowe zalecenia dla Polski. Ich wdrożenie jest niezbędne dla przyspieszenia inwestycji w geotermię w Polsce. Rekomendacje skupiają się na wsparciu politycznym i proceduralnym.

• Uprościć procesy permittingu dla odwiertów geotermalnych, skracając czas realizacji projektów.
• Wprowadzić wiążące cele polityczne dla rozwoju energii geotermalnej, zapewniając długoterminową pewność.
• Opracować szczegółowe mapy drogowe transformacji ciepłownictwa, uwzględniające geotermię głęboką.
• Zapewnić szeroki i łatwy dostęp do istniejących danych geologicznych, minimalizując ryzyko poszukiwawcze.
• Wdrożyć programy szkoleniowe dla specjalistycznej kadry inżynierskiej i technicznej.

Koszty i stabilność OZE – porównanie

Geotermia wyróżnia się wysokim współczynnikiem wykorzystania mocy. Zapewnia to przewidywalność dostaw, co jest jej największą zaletą. Prognozy IEA wskazują na szybki spadek kosztów w nadchodzących latach.

Źródło	Stabilność (Współczynnik wykorzystania)	Prognozowany koszt [USD/MWh] 2035
Geotermia	>75%	50
Wiatr (Lądowy)	<30%	30–40
Fotowoltaika	<15%	20–30

Współczynnik wykorzystania geotermii (>75%) znacznie przewyższa niestabilne źródła, takie jak wiatr i PV. Oznacza to, że geotermia generuje energię przez większość czasu, co jest kluczowe dla stabilności sieci.