Геотермалната енергия е ценна възможност в прехода към енергийна независимост, която България не използва

Какво представляват геотермалните технологии?

Геотермалната енергия е топлина (на гръцки therme) от Земята (на гръцки geo). Топлината в дълбоките и плитките части на Земята идва от два ясно различими източника. Първият е дълбока топлинна енергия, генерирана от различни процеси в самата земя. Вторият е плитка топлинна енергия от слънцето, която се съхранява в земята.

Постоянната температурата на земята точно под нас (от 2 до 250 м. дълбочина) е 10 – 15°C. Според справка с Българската асоциация за геотермална енергия (БАГЕ), в дълбочина температурата се повишава от около 25°C до повече от 100°C на километър. Това означава, че температурата може да надхвърли 200 – 250°C в части от страната на дълбочина между 4 и 5 км. Прокарването на сондажи до такава дълбочина е стандартна, макар и скъпа и високотехнологична практика в наши дни.

Достигането на различна дълбочина и температура предоставя различни технологични възможности за използването на геотермалната енергия. По-ниските температури позволяват директно използване на топлината за различни цели, без необходимост да се преобразува: от балнеологични до индустриални цели, и от земеделие до централни топлофикации. Най-високите температури позволяват дори производство на електрическа енергия.

Индивидуално ползване от потребители

Европейската комисия (ЕК) оценява, че 50% от цялата енергия, консумирана в Европейския съюз (ЕС), се използва за отопление и охлаждане, като над 70% от нея все още идва от изкопаеми горива. Активното навлизане на термопомпите в потреблението на енергия дo 2030 г. ще намали общото потребление на природен газ с най-малко 21 млрд. м³, като това ще допринесе за намаляване на дисбалансите и нуждата от сезонни мощности за съхранение на природен газ. Изследване на Международната агенция по енергетика (IEA) предвижда, че до 2030 г. ще бъдат инсталирани повече от 30 млн. термопомпи спрямо 2020 г.

Индивидуалното използване на геотермална енергия означава най-вече оборудване на плитки системи, които отвеждат топлината от земята директно при потребителя с цел отопление или охлаждане. Геотермалните инсталации са собственост на самите потребители или на група от тях, разположени в съседство. В тези случаи става въпрос най-често за термопомпи. Подобни инсталации са подходящи за всеки частен дом, жилищен блок или търговски и индустриални помещения.

Нискотемпературната и среднотемпературната геотермална енергия може да се използва директно от собствени инсталации и в земеделието, в отглеждането на аквакултури и дори в някои индустриални процеси.

В повечето държави, които сме проучвали, геотермалните ресурси, разположени на малка дълбочина (между 10 и 250 м.) обикновено не достигат до високи температури и са предоставени на потребителите за свободно ползване. Това означава ползване без такси, без излишни лицензии и разрешения от компетентните органи. Собственикът на имота на практика има изключителни права да ползва такива ресурси. Например:

• Във Франция – дейности на дълбочина под 10 м. са изключени от обхвата на основната регулация – Минния кодекс; плитка геотермия (дълбочина под 200 м., инсталирана мощност по-малко от 500kW, температура по-малко от 25°C) може да се експлоатира от собствениците на имотите със специална уведомителна система – с декларации.
• В Полша са избрали температурна граница от 20°C. Води с по-висока температура се третират като минерал и експлоатацията им с цел извличане на геотермалния ресурс се осъществява чрез лицензионни режими по местния минен закон. При затворени системи, използващи води до тази температура, не се изискват разрешения нито за минерали, нито за ползване на водите.
• В Унгария не се дължат такси за ползване на геотермални ресурси до 30°C.

Какво е индустриално приложение на геотермалната енергия?

То се простира от средно дълбоки до дълбоки ресурси, и от среднотемпературни до високотемпературни източници. Това включва изграждане или надграждане и модернизация на централни топлофикации, индустриални процеси, както и производство на електрическа енергия.

Според работната група за геотермална енергия за имплементиране на Стратегическия план за енергийни технологии на ЕС (SЕТ Plan), технически всички топлоелектрически централи в Европа могат да бъдат лесно адаптирани, за да използват местните геотермални ресурси. По този начин ще се измести или намали значително зависимостта от изкопаеми или вносни горива. Заместването на първичните енергийни източници ще увеличи енергийната сигурност, ценовата стабилност, както и ще подпомогне целите за постигане на климатична неутралност. 

Работната група на ЕС оценява високо и възможностите за използване на геотермална енергия в земеделието и индустрията. Признава се обаче необходимостта от продължаващи технологични проучвания и иновации, включително в подхода за интегриране на геотермалните системи в енергийния микс и пазар в страните членки.

Скорошни енергийни модели на ЕК показват, че в определени сценарии производството на електрическа енергия от геотермални източници в ЕС може да достигне 540 TWh на година през 2050 г. С други думи, геотермалната енергия може да задоволи 12,5% от потреблението на електрическа енергия в ЕС и съседните държави, ако се експлоатира около 20% от наличния геотермален технически потенциал.

Базова енергия

Глобалният пазар на геотермална енергия е оценен на 55,8 милиарда щатски долара през 2022 г. и се предвижда да нараства с 5% на годишна база през периода 2023 – 2033 г.

Когато става дума за електрическа енергия, е редно да подчертаем, че геотермалните инсталации представляват базови, постоянно работещи мощности. Това ги отличава от вятърни, слънчеви и дори хидросистеми за производство на възобновяема енергия, които зависят от множество метеорологични и природни променливи. Именно затова се изтъква ролята на геотермалната енергия по отношение на енергийната сигурност.

Същото важи и за директното използване на топлина, включително чрез централни топлоснабдителни системи.

Освен това, веднъж построена, геотермалната централа работи при сравнителни ниски и предвидими оперативни разходи. Големият инвестиционен риск е в капиталовите разходи в началото и неизвестните при геоложките проучвания. Тези рискове следва да се адресират в регулаторната рамка, най-вече. Стабилните оперативни разходи обаче осигуряват дългосрочна предвидимост на цената на енергията след като проектът бъде реализиран.

Какъв е екологичният ефект на геотермалната енергия?

Световното значение на геотермалната енергия е призната и на Конференцията на ООН по изменението на климата през 2015 г. (COP21) с учредяването на Глобалния алианс за геотермална енергия (Global Geothermal Alliance). България все още не е член на този алианс, както не е член и на работната група за геотермална енергия към ЕК. Това е показателно в много аспекти за политическите процеси в страната и е в очевиден конфликт с потенциала, който територията ни има. Тези проблеми са коментирани в края на статията. Тук ще щрихираме какви са очевидните екологични ползи от геотермалната енергия.

Сградният фонд се оценява като източник на 38% от парниковите емисии в света. Затова в европейските регулации се обръща особено внимание на енергийната ефективност на сградите. 

И в момента Законът за енергията от възобновяеми източници (ЗЕВИ) изисква при изграждане на нови или реконструкция на съществуващи сгради да се въвеждат в експлоатация инсталации за производство на енергия от възобновяеми източници. В тези случаи най-малко 15% от общото количество топлинна енергия и енергия за охлаждане, необходима на сградата, трябва да бъде произведена от възобновяеми източници. Законът изброява, че това може да се постигне чрез въвеждане на централизирано отопление, което използва геотермална енергия, чрез термопомпи и геотермални системи, и други. По този начин можем да заключим, че

ролята и потенциалът на геотермалната енергия е вече признат в българското законодателство, но все още има два основни пропуска. 

Първият е, че ЗЕВИ не поставя категорично задължение, а оставя вратичка – да се въвеждат ВЕИ инсталации за охлаждане и отопление, само “когато това е технически възможно и икономически целесъобразно”. Ако държавническата воля е да се постигат високи нива на енергийна ефективност на сградите обаче, условието трябва да е логически обраното – да се въвеждат ВЕИ инсталации винаги, освен ако не се докаже технически, че това е невъзможно или “икономически нецелесъобразно”. Възниква и още един под въпрос – какво значи икономическа целесъобразност? Няма разяснение от регулаторите.

Вторият съществен пропуск, който сме разгледали накрая на статията, е, че липсата на всеобхватна регулаторна рамка за използването на геотермална енергия възпира голяма част от инвеститорите и потребителите да въведат подобни системи.

Екологичните предимства на геотермалната енергия не се изчерпват с енергийната ефективност на сградите. Производството на електрическа и топлинна енергия може да бъде с нулеви емисии. Индустриалните процеси, които използват геотермална енергия, както и отпадна топлина от производството (което е сходна технология), също понижават значително климатичния си отпечатък. Освен това, неизгарянето на фосилни горива или биомаса освен че намалява парниковите емисии, намалява и замърсяването на въздуха, включително и фините прахови частици.

Европейската комисия изтъква и потенциала за съхранение на енергия и въглероден диоксид в някои геотермални резервоари.

Редно е да изтъкнем и рисковете за околната среда при разработване на такива проекти. Те се увеличават най-вече при дълбоките геотермални системи. Тогава съществуват всички обичайни геоложки рискове от сондиране. Системите могат да преминават през или да използват подземни водни тела. В тези случаи, трябва да се спазват най-високите мерки за опазване на тези тела от замърсяване или нарушаване на целостта им.

Нуждата от управление на екологичните рискове изисква действия в две посоки. Първо, предприемането на правилните мерки оскъпява проекта и с това не бива да се прави компромис. Постоянното напредване на технологиите може да намали тази финансова тежест. Второто съображение е, че законовата рамка трябва много точно и ясно да регламентира изпълнението и контрола на опазването на околната среда. Регулациите и действията на компетентните органи обаче трябва да са ясни, предвидими и навременни. В противен случай проектът ще се оскъпи още повече или ще се провали.

Пътната карта на един проект

За да се онагледи нуждата от правилни регулации относно развитието на геотермална енергия, ще маркираме основните стъпки, по които се развива един проект. Примерът се отнася по-скоро до сложна, сравнително дълбока система (със сигурност над 200 м.). Такъв проект може да доведе до индустриално производство на топлинна или електрическа енергия за множество потребители (Фиг. 1)

1. Набелязване на обща целева територия – идентификация на широка територия, която може да бъде предмет на проучване. За целта е необходимо да има систематизирани и леснодостъпни вече налични геоложки данни.
2. Определяне на проучвателна площ  – на база първоначалния анализ, територията може да се стесни и да се изработи конкретен план за проучване на дадена зона. Може да се направи инвестиционен разчет относно това първоначално проучване.
3. Осигуряване на достъп до земята – трябва да бъде осигурен достъп до набелязаната територия. В повечето държави прочуването на дълбок геотермален потенциал се разрешава от държавата и при нужда тя осигурява достъп и ползване на земята.
4. Геоложки проучвания в проучвателната площ – включват и сондиране. Това е и най-скъпата част от проекта.
5. Оценка на потенциална зона с наличен ресурс – в резултат от проучванията може да се установи наличие или липса на геотермален потенциал в дадената зона. При положителни резултати, се оценява доколко е търговски изгодно да се изгради конкретна геотермална система с конкретно предназначение, капацитет на енергийно производство и т.н. Самите икономически разчети могат да доведат до заключение, че инвестицията не е търговски изгодна при дадени пазарни и технологични условия и проектът да се изостави на този етап.
6. Проект за строителство – при положителен икономически анализ на ресурсите в зоната, инвеститорът трябва да направи подробен проект на строителството, да получи всички необходими държавни и общински разрешения и съгласувания и да започне изграждане.
7. Строителството – може да продължи от 3 до 5 години преди начало на производството.
8. Присъединяване към мрежи или изграждане на връзка с потребители – в много случаи централата трябва да се включи в централна преносна или разпределителна мрежа (особено за електрическа енергия). Възможно е изграждане и на нова своя преносна система (напр. топлофикационна, или затворена електрическа мрежа).

Разбира се има и много други съпътстващи дейности и условности.

Можем да обобщим обаче няколко неизвестни риска в този процес. 

Първият е геоложкият. Дори след няколко милионна инвестиция, дадена зона може да се окаже неподходяща технически или икономически. Редица разрешения и одобрения от публични органи винаги създават несигурност: (i) ако процедурите и изискванията не са ясно уредени и разяснени предварително; и (ii) ако компетентните органи не спазват разумни срокове за действие; както и (iii) поради угрозата от недобросъвестни обжалвания и атаки срещу проекта.

Строителният риск също се носи от инвеститора, като той тук е завишен тъй като е подземен и неизвестни винаги има. Присъединяването или правото да се изгради преносна мрежа трябва да е гарантирано на много ранен етап от началото на инвестициите. Не на последно място, пазарният риск изначално отново остава за собственика на проекта.

Европейското законодателство, и по-конкретно ВЕИ Директивата, уреждат, че производството на възобновяема енергия трябва да се насърчава от държавите членки. Това означава, наред с друго, че горните рискове трябва да бъдат разумно балансирани между държавата и инвеститорите и, доколкото е възможно, смекчени. Защото пътната карта на Европа води към декарбонизация и енергийна независимост, а геотермалната енергия е важна и ценна технологична възможност в този преход.

Потенциалът на България трябва да бъде проучен в повече дълбочина

Геотермална България – това е заглавието една от секциите на Интернет страницата на БАГЕ. Ето и “лайтмотивът” на тази страница:

“България има огромен геотермален енергиен потенциал. Евтина, почти неизчерпаема доставка на екологично чиста, надеждна, възобновяема енергия. Възможност за захранване на икономиката и отопление и охлаждане на домове и предприятия.”

Това виждане отговаря на мотивите, определящи политиките на ЕК, които щрихирахме по-горе.

България има потенциал, но той трябва да бъде разбран, допроучен и да бъде използван умно и рационално. Според специалистите – геолози от БАГЕ, които работят почти ежедневно по подземни проучвания в страната, вече повече от 60 години, при сегашните несистематизирани и непълни данни, може да се рамкира един начален доказан потенциал:

• 5 000 MWh за директно лично ползване за отопление и охлаждане (напр. едно домакинство използва между 5 и 30 MWh топлина годишно);
• 3 000 MWh за използване в централни системи за отопление и охлаждане (напр. топлинната мощност на топлофикация София е над 3 000 MW);
• 250 – 300 MWh за производство на електрическа енергия при използване на дълбоките ресурси (напр. блок 7 на ТЕЦ Марица Изток 2, модернизиран през 2014 г., е 232 MW).

При извършване на надлежни геоложки проучвания, реалният потенциал в България може да се разкрие в пъти повече: 5 – 6, може би и нагоре.

Предвид споменатата по-горе времева линия на развитие на един мащабен проект, България може да започне да постига реални резултати и работещи проекти към 2027 – 2028 г.

Малки проекти, за директно използване на топлината в плитките части под земята, обаче може да се реализират моментално, особено при ново строителство или модернизация на старото. 

Това, което се наблюдава в държавите, които развиват този тип енергия, е, че е необходима нарочна законова и регулаторна рамка, за да се развие потенциалът, да се привлекат инвеститори, както и да се стимулират потребителите (битови и индустриални) да реализират малки проекти за собствено производство.

В много държави геотермалните ресурси се третират като подземни богатства

Законовата рамка е на практика смесица от подземни богатства, води, енергиен пазар, ВЕИ (насърчаване, подкрепа). В много държави (Нидерландия, Германия, Франция, Гърция, Турция и др.) геотермалните ресурси се третират като подземни богатства. Тъй като ресурсът е действително под земята, неизвестните, инвестиционните, геоложки и екологични рискове, които трябва да се управляват, са същите като при минното проучване, дори технологиите и машините за проучване са сходни с тези, с които се търси нефт и газ. От друга страна, често (но невинаги) геотермалният ресурс представлява воден хоризонт. Тогава използването на водата трябва да съобрази обичайните правила за защита на водите.

Когато обаче става въпрос за плитка геотермална енергия, използвана в малки мащаби, за задоволяване на собствено производство, инвестиционните и геоложките рискове не са с подобен интензитет, и повечето национални закони позволяват свободно използване на такива ресурси от собствениците на имотите.

Тази логика на инвестиционния процес и технологичните възможности за различните видове геотермална енергия е заложена и в предложените в Народното събрание към септември 2023 г. законодателни предложения, които целят да уредят рамково целия спектър за проучване и използване на геотермалната енергия в различните ѝ проявления.

България се нуждае спешно от такава законова рамка, не само защото това е залегнало като задължение в Националния план за възстановяване и устойчивост, но и защото страната ни действително може да се възползва от подобен тип проекти. Нещо повече, вярваме, че България има нужда да проучи задълбочено и да се възползва от този свой потенциал, който може да ѝ предостави така бленуваната енергийна независимост.

Източник: Климатека

Автор: Павлин Стоянов