Geotermia we Francji

Wykorzystanie ciepła Ziemi zakumulowanego w skałach i płynach złożowych (woda lub solanka) nazywa się geotermią. Pierwotny człowiek mógł się chronić w jaskiniach w czasie zimy, bo tu zawsze było cieplej niż na zewnątrz. Współczesne sposoby odbioru ciepła Ziemi są bardziej wyrafinowane. W budownictwie rozproszonym stosuje się pompy ciepła. Gdy pompa ciepła jest odwracalna, jak turbiny w elektrowniach szczytowo pompowych pracujące także jako pompy, wówczas możemy mówić, że dom jest klimatyzowany. W lecie kumuluje się nadmiar ciepła w ziemi, w zimie wykorzystuje to ciepło łącznie z ciepłem Ziemi. Dolnymi źródłami ciepła dla pomp mogą być tunele, wody i powietrze kopalniane. Wentylacja kopalń ma nie tylko dostarczać czystego powietrza do oddychania, ale musi je chłodzić do temperatur odpowiednich dla ludzi zatrudnionych w górnictwie. Odpadowe ciepło Ziemi z kopalń jest do wykorzystania.

Z klasyczną geotermią mamy do czynienia, gdy wykorzystuje się ciepło Ziemi do ogrzewania bez pomp ciepła. Wiemy z lekcji geografii, że średni przyrost temperatury na Ziemi wynosi 30^oC na 1 km w głąb, czyli 60^oC na głębokości 2 km i 90^oC na 3 kilometrach. Do tego trzeba dodać około 10^oC temperatury przy powierzchni ziemi. Są rejony, w których gradient jest wyższy lub znacznie niższy. Koło Suwałk stwierdzono wierceniem istnienie kopalnej marzłoci po zlodowaceniach. Aby korzystać z ciepła Ziemi musimy potwierdzić obecność skały porowatej, kawernistej i szczelinowatej zawierającej wodę o możliwie niskiej mineralizacji, następnie wykonać dwa otwory orurowane rurami do stropu poziomu wodonośnego, który niżej zostanie obudowany filtrem. Po ustaleniu wydajności wodonośnego poziomu na wolny wypływ (w przypadku wód artezyjskich) i/lub pompowania wody przy zawieszeniu pomp na kliku głębokościach przystępuje się do budowy zakładu geotermalnego. Wodę pobiera się z jednego otworu, na powierzchni odbiera się z niej ciepło w wymiennikach płytowych o dużej powierzchni czynnej i zatłacza się schłodzoną wodę do drugiego otworu. Odległość między otworami w dobrze rozpoznanym rejonie oblicza się w odległości czasowej na 30 lat. Zwykle jest to kilkaset metrów. Takie właśnie zakłady geotermalne budowano we Francji w latach siedemdziesiątych XX wieku w rejonach, gdzie temperatura wód była wyższa od 50^oC. W basenie paryskim na głębokości około 1800 m wykorzystuje się wody geotermalne poziomu doggeru (środkowa jura) w obiegu zamkniętym w ponad 30 miejscowościach podparyskich. Korzystnym rozwiązaniem jest wiercenie otworów kierunkowych z jednego placu, obniża to koszty operacyjne zakładu, ułatwia dozór i bieżącą kontrolę stanu głowic, bo wszystko jest pod jednym dachem.

Przykład: W 1980 r. w Coulommiers uzyskano wodę z głębokości około 2 km o temperaturze 85^oC, z której ciepło ogrzewało szpital, dwa ośrodki szkole oraz 1100 mieszkań. Ogrzewanie z tego źródła okazało się tańsze od poprzednich rozwiązań grzewczych. Równoważnik energii cieplnej oceniono na 3000 t ropy rocznie.

W basenie paryskim wykonano ponad 50 zakładów geotermalnych a w mniejszych basenach zbudowano ich około dwadzieścia (informacje pochodzą z książki wydanej w 1989 r. autorstwa J.M. Coudert i F. Judin). Nie mam wiedzy, czy w ciągu ostatniego dwudziestolecia w tym typie geotermii nastąpił dalszy rozwój, czy liczba czynnych zakładów zwiększyła się istotnie. Rozwojowi geotermii sprzyjała państwowa służba geologiczna (BRGM) oraz jasne prawo i dotacje. Inwestycje geotermalne wykonywane w obszarach o małym ryzyku poszukiwawczym (rejon paryski) mogły liczyć na zwrot nakładów do kilkudziesięciu procent. Nie dotowano inwestycji o dużym stopniu ryzyka. W geotermię wyżej opisanego typu można inwestować tylko w skupiskach ludności o zwartej zabudowie. Największy francuski kompleks geotermalny zbudowano w 1982 r. w Meaux. W jednym miejscu pod czterema kopułami pracują 4 dublety geotermalne zapewniające ogrzewanie dla dużej części miasta. W roku 2013 zaplanowano modernizację zakładu, obejmującą rekonstrukcję otworów do zatłaczania, wykonanie trzech nowych otworów produkcyjnych i wzbogacenie układu grzewczego o pompy ciepła do odbierania ciepła z wód schłodzonych w wymiennikach. Ciepło rozprowadzane jest siecią rurociągów o długości 43 km (informacje pozyskane z sieci). Rozwój geotermii we Francji rozpoczął się przed kryzysem naftowym i przy niższych cenach ropy był opłacalny.

Wielu ludzi patrzy na geotermię widząc jej opłacalność tylko w strefach wulkanicznych (Larderello we Włoszech, Islandia, USA, Nowa Zelandia i inne). Tymczasem od dziesięcioleci geolodzy pracują nad wykorzystaniem ciepła z suchych skał zbitych do produkcji energii elektrycznej w obiegu zamkniętym (HDR), które podobnie jak przy wydobywaniu resztkowej ropy i gazu z łupków, muszą być szczelinowane na wielką skalę. We Francji zrealizowano projekt unijny w alzackiej miejscowości Soultz-sous-Forêts, przy granicy z Niemcami. Projekt był realizowany w dwóch etapach w latach 1987–1996 oraz 1998–2001. W drugiej fazie pogłębiono otwór produkcyjny do 5000 m stwierdzając temperaturę maksymalną 200^oC. W 2008 roku w Soultz rozpoczęto produkcję energii elektrycznej z turbiny o mocy 1,5 MW; moc docelową określono na 6 MW. Otwory są wykonane w odległości 450 m od siebie. Nie doszukałam się informacji, czy w tym dublecie wykonywano szczelinowanie hydrauliczne. W szwajcarskim projekcie koło Bazylei w 2006 r. wtłoczono pod dużym ciśnieniem do otworów o głębokości 5 km 12 tys. m³ wody, ostrzegając mieszkańców o spodziewanych mikro wstrząsach. Tymczasem górotwór odpowiedział trzęsieniem ziemi o sile 3,4 w skali Richtera, po którym nastąpiła seria kolejnych trzęsień o sile ponad 3 w skali Richtera. Długo pamiętała Ziemia gwałt na sobie. Trzęsienia uszkodziły wiele budynków a mieszkańcy zmienili nastawienie do praktycznego realizowania pomysłów naukowych na swoim dobytku. Sprawa trafiła do sądu.

W Polsce też wybiera się lokalizacje pod tego typu projekty. Typowano np. rejon Kutna, w którym wykonano otwór w poszukiwaniu gazu. Internet jest pełny prasówki na ten temat. Na głębokości ponad 6 km wystąpiła w otworze Kutno 2  wstępna erupcja. Ciśnienie na głowicy wzrosło do 680 atmosfer. Kto sobie umie wyobrazić gejzer o wysokości kilku kilometrów? Na szczęście udało się opanować sytuację i po cichu  wycofać się z tego rejonu. Tej informacji nie nagłośniły źródła obiecujące przed rozpoczęciem wiercenia odkrycie 300 lub 500 mld m³gazu ziemnego.

Autor: Józefa Sokołowska​ wzmianka