Tu jesteś:
| Geotermia niskotemperaturowa w Polsce - wszystko o POMPACH CIEPŁA |
Część I - Pompy ciepła są coraz bardziej popularneW ostatnich 10 latach geotermia niskiej entalpii wykorzystująca technologię pomp ciepła przeżywa prawdziwy rozkwit, zwłaszcza w Ameryce Północnej i w niektórych krajach Europy Zachodniej. Intensywny rozwój systemów niskotemperaturowych ma miejsce głównie dzięki temu, że są one dostępne już dla niewielkich inwestycji, jak np. osiedla, domy jednorodzinne, domy wczasowe, domy opieki społecznej, budynki biurowe, kościoły, zakłady produkcyjne, itp.Wstęp{jgaccordion}[acctab ==Cel i zakres opracowania==]Prezentowane opracowanie wykonane zostało przez Przedsiębiorstwo Geologiczne POLGEOL w Warszawie oraz Biuro Poszukiwań i Ochrony Wód - HYDROEKO z Warszawy na zlecenie Ministra Środowiska (Departament Geologii i Koncesji Geologicznych). Ma ono charakter studialny i opiera się na szczegółowej analizie zagadnień prawnych, technicznych, ekonomicznych, politycznych, geologicznych i ekologicznych związanych z wykorzystaniem energii geotermalnej niskiej entalpii1 w Polsce, w wybranych krajach Unii Europejskiej oraz w USA i Kanadzie. Dokładne rozpoznanie stanu aktualnego i tendencji rozwoju tej dziedziny energii odnawialnych w Europie i na świecie pozwoliło autorom przedstawić rzetelną i dobrze udokumentowaną opinię na temat możliwości rozwoju i upowszechnienia w naszym kraju wykorzystania ciepła geotermalnego o niskiej entalpii (GNE) oraz rozwoju niezbędnych do tego celu urządzeń zwanych potocznie "geotermalnymi (gruntowymi) pompami ciepła" (GPC). W ostatnich 10 latach geotermia niskiej entalpii wykorzystująca technologię pomp ciepła przeżywa prawdziwy rozkwit, zwłaszcza w Ameryce Północnej i w niektórych krajach Europy Zachodniej. Intensywny rozwój systemów niskotemperaturowych ma miejsce głównie dzięki temu, że są one dostępne już dla niewielkich inwestycji, jak np. osiedla, domy jednorodzinne, domy wczasowe, domy opieki społecznej, budynki biurowe, kościoły, zakłady produkcyjne, itp. Również w Polsce od kilku już lat wykorzystanie niskotemperaturowego ciepła ziemi do celów grzewczych szybko się rozwija, a koszt pozyskiwanego w ten sposób ciepła staje się konkurencyjny w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii. Wzrastająca popularność GNE sprawia, że następuje szybki rozwój technologiczny i wytyczanie nowych kierunków rozwojowych dla systemów opartych o pompy ciepła. Coraz popularniejsza staje się idea ko generacji, czyli jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w jednym systemie energetycznym. W przypadku, gdy energia elektryczna produkowana jest z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii (biomasy, słońca, wiatru), a następnie jest wykorzystywana do napędu pomp ciepła, możemy mówić, że cały tak zaprojektowany system bazuje na odnawialnej i praktycznie niewyczerpalnej energii środowiska. Innym przykładem kierunków rozwojowych GNE jest magazynowanie ciepła w gruncie w okresie letnim w celu osiągania większej efektywności grzewczej w okresie zimowym. Najczęściej odbywa się to w instalacjach rewersyjnych pomp ciepła, które w zależności od potrzeb grzeją lub chłodzą pomieszczenia. Te i inne zagadnienia rozwojowe, aczkolwiek wybiegające poza zasadniczą treść zamówienia, zostały w niniejszym opracowaniu zasygnalizowane, aby lepiej uzmysłowić odbiorcom wielorakie możliwości, jakie niesie za sobą stosowanie pomp ciepła bazujących na niskotemperaturowej energii geotermalnej. Przygotowując niniejsze opracowanie założono, że powinno być ono przydatne dla szerokiego grona osób i instytucji zaangażowanych w realizacje systemów ciepłowniczych geotermii niskiej entalpii. Należą do nich zarówno projektanci i wykonawcy sieci ciepłowniczych, geolodzy projektujący i nadzorujący wykonanie części podziemnej instalacji, pracownicy administracji geologicznej, jak też przedstawiciele jednostek finansujących zadania, w tym jednostek specjalizujących się w uzyskiwaniu środków pomocowych Unii Europejskiej. Informacje zawarte w opracowaniu mogą być również bardzo przydatne dla potencjalnych inwestorów, do których docierają nieprecyzyjne i często sprzeczne informacje na temat technologii GPC. Głównym odbiorcą pracy jest jednak Zamawiający - Departament Geologii i Koncesji Geologicznych Ministerstwa Środowiska, dla którego opracowanie może stanowić punkt wyjścia do dyskusji na temat przyszłości geotermii niskiej entalpii w naszym kraju i dla wykreowania polityki resortowej w tym zakresie. Tak szerokie określenie docelowego grona odbiorców powoduje, że wiele zagadnień omówionych jest z podaniem wiedzy podstawowej, podręcznikowej. Wydaje się, że jest to adekwatne do etapu rozwojowego geotermii niskiej entalpii, który - przynajmniej w warunkach polskich - można uznać za początkowy. Wymaga to od specjalistów z poszczególnych branż poszerzenia wiedzy ogólnej o wszystkich aspektach budowy i funkcjonowania systemów ciepłowniczych opartych na cieple ziemi.[/acctab] [acctab ==Przedmiot analizy==] Przedmiot analizy Zgodnie z zamówieniem, prezentowana analiza dotyczy jedynie geotermii niskiej entalpii (GNE) ograniczonej temperaturą 20°C. Jest to umowna, przyjęta w Polsce, granica pomiędzy wodami termalnymi i niskotemperaturowymi, która wynika z relacji do temperatury ciała ludzkiego i możliwości wykorzystania wód do celów balneologicznych (Dowgiałło, Karski, Potocki, 1969). Temperatura 20°C mierzona na wypływie z otworu wiertniczego została formalnie przyjęta za granicę, od której Prawo geologiczne i górnicze uznaje wody podziemne za termalne. Należy jednak zaznaczyć, że w literaturze światowej i w praktyce innych krajów jako wartość graniczną niskotemperaturowych źródeł geotermalnych przyjmuje się powszechnie temperaturę 30°C, a tę gałąź energetyki określa się mianem geotermii bardzo niskiej entalpii (GBNE). Różnica ta nie ma znaczenia przy porównywaniu stanu geotermii niskotemperaturowej w Polsce i w innych krajach, ponieważ niezależnie od tego, jaką wartość graniczną temperatury przyjmiemy, o geotermii niskiej entalpii mówimy wówczas, gdy dla odzysku ciepła zawartego w gruntach czy wodach podziemnych niezbędne jest stosowanie pomp ciepła.[/acctab] [acctab ==Materiały źródłowe==]Materiały źródłowe Niniejsze opracowanie zostało przygotowane na podstawie szczegółowej analizy ogromnej ilości różnojęzycznych materiałów krajowych i zagranicznych, publikowanych oraz tych dostępnych w sieci Internet. Są wśród nich poradniki metodyczne, artykuły i publikacje naukowe, materiały informacyjne kierowane do potencjalnych użytkowników instalacji geotermalnych, oficjalne dokumenty rządowe i akty prawne różnych krajów. Wykorzystano także doświadczenia krajowych specjalistów w zakresie projektowania i dokumentowania geologicznego dla potrzeb geotermii, udostępnione przez wiodące firmy wyspecjalizowane w instalowaniu gruntowych wymienników ciepła. Wykorzystane publikacje zostały zamieszczone w spisie literatury, część źródeł informacji podawana jest także w przypisach. Dla osób szczególnie zainteresowanych podano wykaz najważniejszych instytucji zaangażowanych w problematykę geotermii niskotemperaturowej wraz z adresami ich stron internetowych (str. 5).[/acctab] [acctab ==Główne pojęcia i jednostki fizyczne używane w opracowaniu==]
Stan i perspektywy rozwoju geotermii niskotemperaturowej na świecie:{jgaccordion}[acctab ==Geotermia na tle innych źródeł energii odnawialnych==]Dla potrzeb niniejszego opracowania energię geotermalną umownie podzielono na wysokotemperaturową (geotermia wysokiej entalpii - GWE) i niskotemperaturową (geotermia niskiej entalpii - GNE). Geotermia wysokiej entalpii umożliwia bezpośrednie wykorzystanie ciepła ziemi, którego nośnikiem jest ciecz wypełniająca puste przestrzenie skalne (woda, para, gaz i ich mieszaniny). Wykorzystanie bezpośrednie, oprócz ciepłownictwa, może mieć miejsce w wielu innych dziedzinach, np. do celów rekreacyjnych (kąpieliska, balneologia), hodowli ryb, produkcji rolnej (szklarnie), suszenia produktów rolnych, itp. Optymalnym sposobem wykorzystania ciepła wysokiej entalpii jest system kaskadowy, w którym kolejne punkty odbioru ciepła charakteryzują się coraz mniejszymi wymaganiami temperaturowymi. Złoża geotermalne o bardzo wysokiej entalpii umożliwiają produkcję energii elektrycznej przy wykorzystaniu gorącej pary wodnej. Jest to jednak wykorzystanie możliwe jedynie w strefach współczesnej aktywności sejsmicznej i nie dotyczy Polski. Geotermia niskiej entalpii nie daje możliwości bezpośredniego wykorzystania ciepła ziemi - wymaga ona stosowania pomp ciepła jako urządzeń wspomagających, które doprowadzają do podniesienia energii na wyższy poziom termodynamiczny. Ciepło ośrodka skalnego stanowi dla pompy tzw. "dolne źródło ciepła", które ze względów ekonomicznych zawsze musi znajdować się w miejscu zainstalowania pompy. Dolnym źródłem ciepła mogą być także inne nośniki energii, jak np. powietrze atmosferyczne, wody powierzchniowe, ciepło odpadowe powstające w wielu procesach produkcyjnych i inne. O większej atrakcyjności gruntu i wód podziemnych przesądza jednak ich stabilność temperaturowa i związana z tym wyższa efektywność energetyczna. W niniejszym opracowaniu przedmiotem zainteresowania jest jedynie geotermia niskiej entalpii. Jednak celem zobrazowania roli geotermii jako całości (tj. GWE+GNE) w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii (OZE), w tabelach nr 1 i 2 oraz na rysunkach nr 1 i 2 zaprezentowano dane obrazujące jej udział w pokryciu potrzeb energetycznych krajów Unii Europejskiej i świata.   Z powyższych danych wynika że:
 Powyższe wartości odnoszą się do łącznego zużycia i produkcji energii cieplnej i elektrycznej w skali świata. Jeśli chodzi o energię geotermalną, to ok. 30% przypada na produkcję energii elektrycznej, a 70% na wykorzystanie do celów grzewczych, uwzględniając w tym systemy GPC (wg stanu na 2001 r.) Z zestawienia powyższego wynika, że światowa strategia dotycząca zwiększania udziału OZE w ogólnym bilansie energetycznym świata zakłada przede wszystkim dalszy wzrost wykorzystania biomasy oraz bardzo szybki wzrost udziału energii słonecznej i w mniejszym stopniu wiatrowej (rys. 2). Udział energii geotermalnej w bilansie energetycznym świata również będzie wzrastał, ale jej znaczenie będzie mniejsze niż pozostałych OZE. Wartości przedstawione w tabeli nr 2 dotyczą tzw. prognozy dynamicznej, zakładającej stały i szybki wzrost udziału OZE w ogólnym zużyciu energii. W sytuacji, gdyby wzrost ten utrzymał się na dotychczasowym poziomie, w 2040 r. całkowity udział OZE w zużyciu energii wyniósłby tylko 27% (wobec 13,6% aktualnie), a udział wśród nich geotermii obniżyłby się do 5,4%.  [/acctab] [acctab ==Charakterystyka ogólna wykorzystania geotermii niskiej entalpii==]W przeciwieństwie do geotermii wykorzystującej źródła wysokotemperaturowe, geotermia niskiej entalpii, po długim okresie stagnacji w latach 80-tych i na początku lat 90-tych XX wieku, przeżywa obecnie na świecie prawdziwy rozkwit i jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin w zakresie wykorzystania energii odnawialnych. Odzysk ciepła zawartego w gruncie i wodach podziemnych jest możliwy jedynie dzięki zastosowaniu urządzeń zwanych potocznie "pompami ciepła", które ze względu na wykorzystywane źródło ciepła nazywa się "geotermalnymi/gruntowymi pompami ciepła" (GPC). Stopień wykorzystania tego źródła energii odnawialnej najlepiej charakteryzuje liczba i moc grzewcza zainstalowanych urządzeń GPC. Średni roczny wzrost liczby instalowanych geotermalnych pomp ciepła jest oceniany na około 10% w ciągu ostatnich 10 lat (Lund, 2003) i z roku na rok wyraźnie się zwiększa. Niestety, dane na temat liczby i mocy urządzeń zainstalowanych w różnych krajach, podawane przez instytucje monitorujące rynek geotermii i pomp ciepła, są często bardzo rozbieżne i z reguły szacunkowe. Instalacje tego typu, w większości o niewielkiej mocy, montowane są przeważnie w domach prywatnych i z reguły nie są nigdzie ewidencjonowane. Informacje na ich temat uzyskiwane są głównie od producentów pomp ciepła, i to z reguły od tych większych. Na rynku europejskim monitorowaniem rozwoju energii odnawialnych, w tym geotermii, zajmuje się od 1998 r. sponsorowane przez Komisję Europejską centrum informacyjne :EurObserv'ER" z siedzibą w Paryżu. Dane zawarte w wydawanym przez nie periodyku są najbardziej wiarygodne (tab. 3). Monitoring rynku GNE w USA prowadzony jest głównie przez centrum informacyjne " Geo-Heat Center" zlokalizowane przy Oregon Institute of Technologie. Dane ogólne na temat rozwoju geotermii do celów grzewczych w różnych krajach na świecie można znaleźć również na stronach internetowych i w publikacjach wielu innych instytucji zajmujących się geotermia i energiami odnawialnymi. Najważniejsze z nich zostały wymienione w spisie skrótów i terminów na stronie 3. niniejszego opracowania. Podczas ostatniej światowej konferencji poświęconej geotermii, która odbyła się w kwietniu 2005 r. w Turcji, zaprezentowano stan aktualny i perspektywy wykorzystania tego źródła energii odnawialnych. Przedstawione tam dane zostały opublikowane w periodyku wydawanym przez itEurObserv'ER" (XII/2005).Według tego źródła, na koniec 2004 r. łączna moc zainstalowanych na świecie urządzeń GPC wynosiła około 13 815 MWth (tab. 3) wobec 5 275 MWth w 2000 r. Wzrosła więc 2,6 razy, co rzeczywiście świadczy o bardzo dynamicznym rozwoju tego rynku energii odnawialnych. Energia ziemi pobierana dzięki GPC jest szacowana na około 1,45 Mtoe w 2004 r. w stosunku do 0,56 Mtoe w 2000 r. Ta sytuacja dotyczy jednak tylko około 30 krajów, w tym głównie USA, Kanady i państw Unii Europejskiej, która (obok USA) jest głównym regionem świata rozwijającym tą technologię. Liczba instalacji jest szacowana na ponad 379 000, co odpowiada mocy około 4 531 MWth. Ilość odzyskiwanej w ten sposób energii cieplnej jest szacowana na około 0,58 Mtoe. W przypadku krajów Unii Europejskiej liczby te powinny być jednak wyższe, ponieważ w periodyku z XII/2005 uwzględniono tylko urządzenia o większej mocy (nie podano jakiej). Uwzględniając publikacje :EurObserv'ER" z lat wcześniejszych, można przyjąć, że łączna liczba wszystkich urządzeń GPC w krajach Unii może przekraczać nawet 500 000, a łączna zainstalowana moc 5 000 MWth. Również w przypadku USA brak jest w pełni wiarygodnych informacji na ten temat. Według danych z biuletynu GHC1 (Lund, 2003) na koniec 2002 r. w USA było zainstalowanych około 500 000 GPC o łącznej mocy grzewczej 3 730 MWth, a według danych ze strony internetowej GHPC4, najważniejszego amerykańskiego stowarzyszenia na rzecz rozwoju GPC, ich liczba może sięgać nawet 900 000. Dla 2005 r. łączna zainstalowana moc grzewcza instalacji GPC jest szacowana na 7 200 MWth i stanowi około 92% mocy grzewczej wszystkich instalacji geotermalnych użytkowanych do celów grzewczych (tab.3). Niezależnie od niezgodności podawanych danych, ich wymowa jest jednoznaczna.  Z przedstawionych danych wynikają następujące wnioski:
[acctab ==Geotermia niskiej entalpii w USA==]USA jest krajem o najdłuższych tradycjach i doświadczeniu w stosowaniu pomp ciepła do odzysku ciepła zgromadzonego w skałach i wodach podziemnych. Rynek GPC w tym kraju od lat jest bardzo dobrze zorganizowany i cały czas dynamicznie się rozwija, przy silnym wsparciu władz stanowych i federalnych. Z doświadczeń amerykańskich korzystały i cały czas korzystają kraje europejskie rozwijające własne programy rozwoju GNE. Charakterystyka ogólna wykorzystania GNE Pierwsze instalacje grzewcze wykorzystujące pompy ciepła powstały w USA w latach 40-tych XX wieku. Dopiero jednak od lat 70-tych możemy mówić o stałym i dynamicznym rozwoju tej technologii. W latach 90-tych postęp technologiczny w zakresie pomp ciepła był już tak zaawansowany, że ich stosowanie do celów grzewczych stało się bardzo konkurencyjne ekonomicznie w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii. Dostrzegając zalety nowej technologii, rząd USA w ustawie Prawo Energetyczne z 1992 r. (ang. Energy Policy Act) zawarł postanowienia o wspieraniu rozwoju geotermii niskotemperaturowej jako alternatywnego, odnawialnego źródła energii. W latach 1994 i 1999 prezydent Clinton podpisał specjalne rozporządzenia wykonawcze do tej ustawy dotyczące zwiększenia efektywności energetycznej w budynkach publicznych i obniżenia kosztów ich ogrzewania oraz klimatyzacji, głównie przez upowszechnienie systemów GPC. Cele, jakie zostały nakreślone w tych rozporządzeniach, to zmniejszenie o 35% zużycia energii i zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 30% w 2010 r. w stosunku do roku 1990. Dla ich osiągnięcia EPA5 i DOE6 we współpracy z GHPC opracowały specjalny narodowy program rozwoju geotermalnych pomp ciepła o nazwie FEMP (ang. Federal Energy Management Program). Program ten zakładał, że w roku 2005 średni roczny poziom sprzedaży nowych instalacji tego typu wyniesie około 400 000, wobec około 40 000 w roku 2000. Ten bardzo ambitny cel nie został jak dotąd osiągnięty, ale i tak średni roczny przyrost nowych GPC, sięgający prawie 100 000 w ostatnich kilku latach, budzi podziw i świadczy o tym, że USA rzeczywiście bardzo poważnie traktują tą technologię i wiążą z nią duże nadzieje. Dzięki programowi FEMP ponad 20% wszystkich nowo instalowanych systemów GPC wykonywanych jest na zlecenie instytucji państwowych, w tym głównie armii. Ze środków publicznych wspomagane jest również przygotowywanie regionalnych i stanowych programów rozwoju GNE. Wśród wielu rodzajów stosowanych w USA pomp ciepła, te odzyskujące ciepło z gruntu i wód podziemnych uzyskały szczególne znaczenie, z uwagi na ich wysoką efektywność. Agencja Ochrony Środowiska (EPA) promując instalacje GPC podkreśla, że w chwili obecnej są one najbardziej efektywnym rozwiązaniem w ogrzewaniu i klimatyzowaniu pomieszczeń. Według najnowszych danych publikowanych przez GHPC, na koniec 2004 r. w USA było zainstalowanych około 900 000 instalacji GPC, głównie w południowo-zachodnich i wschodnich stanach. Wśród nowo budowanych instalacji około 46% stanowią zamknięte systemy otworowe, 38% zamknięte systemy horyzontalne i 16% systemy otwarte wykorzystujące wody podziemne. Według Lundta (2005) ilość energii cieplnej pozyskiwanej za pomocą instalacji GPC stanowi około 92%. Szacuje się, że ilość energii cieplnej pozyskiwanej za pomocą instalacji GPC stanowi 60-70% całkowitej ilości energii geotermalnej wykorzystywanej bezpośrednio do celów grzewczych. Upowszechniające się stosowanie systemów GPC zwiększa bezpieczeństwo energetyczne kraju i przyczynia się do poprawy stanu środowiska. Świadczyć o tym mogą następujące liczby podawane przez EPA (cytowane za GHPC - Geoexchange resource guide, 2004):
System zapewnienia jakości w wykonawstwie instalacji GPC Jakość ta zapewniona jest przez dobrze rozwinięty system certyfikacji. W zakresie pomp ciepła certyfikaty wydawane są przez ASHRAE7, a w zakresie projektowania i wykonawstwa - przez IGSHPA8. Chociaż uzyskanie certyfikatu nie jest formalnie wymagane, by móc prowadzić działalność gospodarczą, to w praktyce producenci i instalatorzy, którzy nie posiadają certyfikatów tych dwóch instytucji, nie mają szans na rynku. System certyfikacji gwarantuje wysoki, profesjonalny poziom wykonawstwa instalacji GPC i przyczynia się do wzrostu zaufania do tej technologii. Właściwe, zgodne z przepisami i obowiązującymi normami technicznymi, wykonawstwo instalacji jest zapewnione przez kontrolę nadzoru budowlanego i służby ochrony środowiska. Prace badawczo-rozwojowe w zakresie technologii GPC Technologia GPC, rozwijana w USA od ponad 50, stanowi obecnie bardzo dużą konkurencję dla konwencjonalnych źródeł energii. Możliwości jej rozwoju są jednak ciągle duże. Przyjęty przez rząd już w 1992 r. krajowy program rozwoju GPC stworzył bardzo korzystne warunki dla badań nad zwiększeniem efektywności tych systemów i dalszym obniżaniem kosztów ich instalacji i eksploatacji. Prace badawcze prowadzone przez producentów pomp ciepła, uniwersytety i inne jednostki naukowe, koncentrują się głównie na następujących zagadnieniach:
System pomocy publicznej W chwili obecnej szybki przyrost instalowanych GPC nie jest spowodowany jakąś szczególnie wysoką pomocą publiczną czy specjalnym systemem preferencji, ale tym, że instalacje te przynoszą wymierną korzyść swoim użytkownikom. W warunkach amerykańskich koszty inwestycji zaczynają być porównywalne z klasycznymi systemami grzewczymi, a użytkowanie systemu jest znacznie tańsze, mniej uciążliwe i bardziej przyjazne środowisku. Czas zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych wynosi średnio 5-7 lat. W takiej sytuacji nie stosuje się szerzej specjalnych zachęt finansowych, a pomoc publiczna kierowana jest głównie na wzmocnienie działań promocyjnych, edukacyjnych i badawczych oraz na opracowywanie regionalnych programów rozwoju tej technologii, zwłaszcza w sektorze publicznym. Publiczna pomoc finansowa przeznaczana jest w tej chwili przede wszystkim na wsparcie rozwoju innych energii odnawialnych, w tym głównie słonecznej i wiatrowej. Niektóre stany i samorządy lokalne obejmują nią również systemy GPC. Szczegółowe informacje o zakresie i formach zachęt finansowych wspierających rozwój energii odnawialnych można znaleźć w internetowej bazie danych DSIRE9, prowadzonej przez DOE10. Instytucje i organizacje związane z rynkiem GPC Ponad pół wieku rozwoju technologii GPC w USA to czas wystarczający, aby rynek okrzepł i dobrze się zorganizował. O jego rozwój wspólnie dbają instytucje państwowe, w tym głównie EPA i DOE, organizacje branżowe producentów i instalatorów GPC (np. GHPC, IGSHPA i inne) oraz ośrodki naukowo-badawcze. Zadania i rola poszczególnych instytucji są jasno określone, a wymiana informacji i współpraca są dobrze rozwinięte. Instytucją koordynującą współpracę poszczególnych partnerów rynku GPC jest ogólnokrajowa organizacja non-profit Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) z siedzibą w Waszyngtonie, powołana do życia w 1994 r. Podsumowanie USA to kraj, który w dziedzinie wykorzystania geotermii niskiej entalpii przy pomocy pomp ciepła ma niewątpliwie największe doświadczenie i osiągnięcia. USA wyprzedzają kraje europejskie nie tylko w liczbie zainstalowanych GPC, ale także w dużo lepszej w organizacji tego rynku usług. Ustabilizowany od wielu lat wzrost tego rynku jest możliwy dzięki następującym uwarunkowaniom:
[acctab ==Geotermia niskiej entalpii w Unii Europejskiej==]Polska, będąc członkiem Unii Europejskiej, dostosowuje swoje prawo i strategie rozwojowe do standardów i polityki wspólnotowej. Sytuacja ta sprawia, że analizując stan aktualny i możliwości rozwoju GNE w naszym kraju, nie możemy pominąć polityki europejskiej w tym zakresie, ani też bogatych doświadczeń niektórych krajów. Charakterystyka ogólna Mimo że odzysk niskotemperaturowego ciepła ziemi przy pomocy pomp ciepła zaczął się w Europie już na początku lat 80-tych XX wieku, to jednak dopiero od połowy lat 90-tych można mówić o trwałym i szybkim rozwoju tej technologii. W ostatnich 10 latach wzrost rynku europejskiego w dziedzinie wykorzystania GNE był oceniany na około 10% rocznie. W roku 2004 przekroczył już 20% i przewiduje się cały czas tendencję wzrostową tego wskaźnika. Kraje europejskie, po długim okresie stagnacji, szybko nadrabiają opóźnienie w tej dziedzinie w stosunku do USA. Rozwój GNE i ogólnie całej geotermii, jest elementem szerszych działań podejmowanych na szczeblu Unii Europejskiej i poszczególnych jej członków, które mają na celu stopniowe zwiększanie udziału odnawialnych źródeł energii w ogólnym zużyciu energii. Należy jednak zaznaczyć, że w przyjętej strategii rozwoju OZE w Unii Europejskiej, udział geotermii w pokryciu zapotrzebowania na energię cieplną jest i pozostanie marginalny (tab. 2). Aktualnie obserwowane tendencje wskazują, że przynajmniej do 2020 r. wzrost wykorzystania ciepła geotermalnego będzie następował głównie dzięki dynamicznie rozwijającemu się rynkowi GPC. Obecny stan rozwoju rynku GPC w poszczególnych krajach europejskich można ocenić na podstawie liczby i mocy zainstalowanych urządzeń, przedstawionych w tabeli nr 4 i na rysunku nr 3. Mimo, że w zestawieniu nie uwzględniono urządzeń o małej mocy (materiały źródłowe nie podają jakiej), podane wartości dobrze i wiarygodnie prezentują udział i znaczenie poszczególnych krajów w europejskim rynku GNE.   Z powyższych danych wynika, że:
W raporcie przygotowanym na zamówienie SYEP (Forsen, 2005) wyróżniono następujące główne bariery utrudniające rozwój rynku pomp ciepła (w tym rynku GPC) w Europie:
W chwili obecnej w Europie rynek pomp ciepła jest bardzo dobrze ukształtowany jedynie w Szwecji, Szwajcarii i Austrii. W Niemczech, Francji i Holandii ma bardzo duży potencjał i szybko się rozwija. W pozostałych krajach jest w początkowej, dość chaotycznej fazie wzrostu, albo w ogóle się nie rozwija (tab. 4). Mimo występujących różnic, rynek ten jest jednak coraz lepiej zorganizowany, co przejawia się głównie w intensyfikacji współpracy międzynarodowej i w działaniach informacyjnych promujących wykorzystywanie pomp ciepła do ogrzewania i klimatyzacji pomieszczeń. W odróżnieniu od USA, w Europie nie ma jeszcze organizacji, która zajmowałaby się jedynie problematyką geotermalnych pomp ciepła. Jej powołanie jest przewidziane w najbliższych latach w ramach realizacji projektu GROUND-REACH, szerzej opisanego w dalszej części rozdziału. Instalacje GPC są traktowane jako jedne z wielu odmian pomp ciepła. Do najważniejszych instytucji i organizacji o zasięgu europejskim, które zajmują się problematyką GNE i publikują dane oraz informacje na jej temat, należą:
W chwili obecnej nie ma w Unii Europejskiej jednolitego systemu certyfikacji i opracowanych wspólnych standardów w zakresie projektowania i wykonawstwa systemów wykorzystujących pompy ciepła. W krajach gdzie rynek pomp ciepła jest najlepiej zorganizowany, istnieją instytucje kontrolujące i wspomagające jego rozwój. Najważniejsze z nich wymieniono poniżej (Forsen, 2005):
W Szwecji, Francji, Austrii, Niemczech i Szwajcarii jest stosowany również system jakości pomp ciepła w zakresie przyjaznosci dla środowiska (tzw. eco-labeling). Aby uzyskać prawo do posługiwania się etykietką "przyjazne dla środowiska", urządzenia muszą spełniać szereg kryteriów z zakresu efektywności, bezpieczeństwa, hałasu, jakości materiałów informacyjnych, kompetencji instalatorów, jakości serwisu i innych. Kraje niemieckojęzyczne porozumiały się w sprawie wspólnych kryteriów w zakresie oceny jakościowej pomp ciepła. Kryteria te znane pod nazwą DACH-Gutesiegel (od pierwszych liter nazw krajów) uwzględniają: efektywność energetyczną, instrukcję obsługi, gwarancje, jakość serwisu, dostępność części zamiennych i inne. W chwili obecnej w Europie jest to najlepiej rozpoznawany certyfikat jakości pomp ciepła. Wymagania w zakresie kompetencji instalatorów Europejski rynek pomp ciepła jest w różnych fazach rozwoju. Instalacje grzewcze i/lub klimatyzacyjne wykorzystujące pompy ciepła są znacznie bardziej skomplikowane w zastosowaniu, niż instalacje klasyczne dotychczas stosowane i stąd też wymagają szczególnych kompetencji ze strony projektantów i instalatorów. Właśnie brak wystarczającej liczby wykwalifikowanych specjalistów był, a wielu krajach nadal jest, główną przyczyną trudności w rozwoju rynku pomp ciepła. Potrzeba stałego szkolenia projektantów i instalatorów pomp, jako niezbędnego warunku szybkiego upowszechnienia się tej technologii, jest dobrze uświadomiona na szczeblu Unii Europejskiej. Od 2002 r. pod patronatem EHPA realizowany jest międzynarodowy projekt mający na celu inicjowanie i rozwijanie szkoleń na rynkach krajowych w oparciu o doświadczenia takich krajów jak: Szwecja, Austria, Niemcy i Szwajcaria. Projekt ten będzie kontynuowany i rozwijany w ramach nowego projektu GROUND-REACH, opisanego dalej. W chwili obecnej jedynie Austria ma wdrożony oficjalny system akredytacji instalatorów, potwierdzający ich kompetencje. Nieformalne certyfikaty wydawane przez stowarzyszenia i inne kompetentne instytucje są stosowane w Szwecji i Szwajcarii. W pozostałych krajach, jak dotąd, nie ma systemu oficjalnych szkoleń dla uzyskania licencji czy certyfikatu instalatora. Szkolenia prowadzone są przez producentów pomp ciepła. Wiodący producenci pomp ciepła Obecnie na naszym kontynencie jest kilkudziesięciu znaczących producentów, głównie szwedzkich i niemieckich (Geothermal Barometr, XII/2005). Rynek jest coraz bardziej kontrolowany przez wielkie grupy, które zakupują firmy specjalizujące się w produkcji pomp ciepła. Największym producentem pomp w Europie jest przedsiębiorstwo szwedzkie IVT Industrier. Korzystając z szybko rozwijającego się rynku, firma zwiększa swoją sprzedaż eksportową (w 2004 r. wynosiła ok. 15%). Głównym konkurentem IVT Industrier na rynku skandynawskim jest druga szwedzka firma Nibe Heating, specjalizującą się w produkcji różnych instalacji i urządzeń grzewczych. Trzecia szwedzka firma produkująca pompy ciepła to Thermia Varme AB, która od VIII/2005 stanowi część koncernu międzynarodowego Danfoss. W Niemczech przedsiębiorstwo Ochsner Warmepumpen Gmbh jest również w fazie ekspansji. Posiada dwie fabryki w Monachium i Lintzu i jest największym producentem na rynku niemieckim i austriackim (w 2004 r. sprzedało 3 150 pomp ciepła). Ważnym europejskim producentem jest szwajcarska filia niemieckiego koncernu Viessmann, która po połączeniu się z firmą Satag Thermotechnik produkuje urządzenia tej marki. Firma ma bardzo silną pozycję na rynku szwajcarskim, niemieckim, francuskim, hiszpańskim, słowackim oraz w Azji. We Francji największym producentem pomp ciepła jest firma Sofath (3 100 urządzeń sprzedanych w 2004 r., tj. prawie 1/4 rynku francuskiego). Polityka Unii Europejskiej w zakresie rozwoju GNE Na szczeblu Unii Europejskiej nie opracowano jak dotąd specjalnej polityki dotyczącej rozwoju geotermii. Przyjęto jedynie pewne ogólne założenia i cele, które wpisują się w całościową strategię rozwoju odnawialnych źródeł energii zaprezentowaną w 1997 r. w Białej Księdze Komisji Europejskiej (ang. White Paper -Energy for thefuture - renewable sources ofenergy - COM(97)599). W 2004 r. udział energii ze źródeł odnawialnych w zaspokojeniu zapotrzebowania krajów Unii Europejskiej na energię pierwotną wynosił 5,61% (wg EurObserv'ER, 2005), przy bardzo silnym zróżnicowaniu pomiędzy poszczególnymi krajami. Najwyższy udział OZE w zużyciu energii pierwotnej występuje w krajach skandynawskich (Szwecja-27,9%, Finlandia-21,8%) i w krajach alpejskich (Austria-20,6%), średni w takich krajach jak Dania (9,8%), Francja (5,6%), Niemcy (3,9%), a najniższy w krajach Beneluxu (Luksemburg-0,6%, Belgia-0,9%, Holandia-1,6%). W Polsce udział ten jest szacowany na 4,3%. Duże różnice w wykorzystaniu OZE w poszczególnych państwach wynikają przede wszystkim z różnych możliwości wykorzystania energii wodnej. W krajach takich jak Austria czy Szwecja, udział hydroenergetyki w OZE sięga 95%. W wielu krajach duży udział ma także biomasa. Celem strategicznym Unii Europejskiej zapisanym w 1997 r. w Białej Księdze jest zwiększenie udziału energii ze źródeł odnawialnych w zużyciu energii pierwotnej do 12% w 2010 roku i do 20% w roku 2020 łącznie dla wszystkich krajów Wspólnoty. Ponieważ dla wielu krajów cele te mogą być trudne do osiągnięcia, w odniesieniu do pojedynczych państw UE udział ten obniżono do 7,5% dla roku 2010 i 14% dla roku 2020. W Białej Księdze ustalono również cele dla 2010 r. oddzielnie dla każdego rodzaju OZE. Dla geotermii założono dwa główne cele:
Realizacja zakładanych celów odbywa się w oparciu o szczegółowe programy działań. W czerwcu 2003 r. Parlament Europejski i Rada Europy przyjęły nowy program działań na lata 2003-2006 w obszarze energii: "Inteligentna Energia - Europa" (ang. Inteligent Energy - Europę) , który zastąpił zakończony w roku 2002 Energetyczny Program Ramowy. Nowy wieloletni program zakłada realizację zapisów Zielonej Księgi Komisji Europejskiej z listopada 2000 r. dotyczącej europejskiej strategii bezpieczeństwa dostaw energii. Ma on wspierać finansowo inicjatywy lokalne, regionalne i ogólnokrajowe dotyczące rozwoju odnawialnych źródeł energii, poprawy efektywności energetycznej, ograniczania i racjonalizacji zużycia energii, wspomagania współpracy międzynarodowej w tych dziedzinach. Nowy program jest elementem szerszej, ogólnoeuropejskiej strategii na rzecz zrównoważonego rozwoju. Program działań przyjęty przez Komisję Europejską na lata 2005-2008 (ang. Sustainable Energy Europę Campaign, 2005-2008) ustala dla geotermii następujące cele: 15 elektrowni geotermalnych, 10 instalacji ciepłowniczych wykorzystujących wody termalne o temperaturze <60°C, 250 000 nowych instalacji GPC. Osiągnięcie założonych celów w przypadku GPC jest jak najbardziej realne, natomiast w przypadku głębokiej geotermii jest mniej pewne i o możliwości ich osiągnięcia będzie można wypowiedzieć się dopiero po wykonaniu odwiertów rozpoznawczych aktualnie realizowanych. Mimo że w prognozach europejskich dotyczących rozwoju OZE udział geotermii jest stosunkowo skromny (tab. 2), to również w tej dziedzinie na szczeblu europejskim podejmowane są różne inicjatywy mające na celu zwiększenie efektywności i upowszechnienie wykorzystania tego źródła energii. Spośród wielu projektów zrealizowanych lub będących w trakcie realizacji, a dotyczących wykorzystania gruntowych pomp ciepła, na szczególną uwagę zasługują te wymienione poniżej:
Oprócz działań na rzecz upowszechnienia technologii pomp ciepła, ważnym elementem unijnej polityki w zakresie oszczędnego i efektywnego wykorzystania energii jest także poprawa efektywności energetycznej w sektorze mieszkaniowym i usługowym (do ogrzewania pomieszczeń i przygotowywania ciepłej wody użytkowej). Sektor ten obejmuje ponad 40% końcowego zużycia energii w krajach Unii i zużycie to ciągle wzrasta, powodując także wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Poprawa efektywności energetycznej w tym sektorze jest stosunkowo najłatwiejsza do osiągnięcia. Wymaga podejmowania działań na rzecz zmniejszenia strat ciepła w budynkach, stosowania wysokosprawnych i energooszczędnych urządzeń grzewczych, upowszechnienia lokalnych i indywidualnych systemów dostawy energii opartych na źródłach energii odnawialnej. Duże nadzieje wiążą się z rozwojem wysokosprawnych instalacji wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu (kogeneracja), wykorzystujących odnawialne źródła energii. Najważniejszymi aktami prawnymi Unii Europejskiej regulującymi ww. zagadnienia są dwie dyrektywy:
[acctab ==Geotermia niskiej entalpii w wybranych krajach europejskich==]Do charakterystyki wybrano kraje, w których rozwojowi GNE przypisuje się duże znaczenie, a stan organizacji rynku oraz doświadczenia w zakresie instalacji GPC są już mocno zaawansowane i mogą służyć jako przykład w tworzeniu polityk krajowych w zakresie rozwoju geotermii niskotemperaturowej. Szwecja Systemy GPC zyskały dużą popularność w tym kraju na początku lat 80-tych XX wieku, głównie w związku z kryzysem naftowym z końca lat 70-tych. W 1985 pracowało już około 50 000 tego typu instalacji. Następne 10 lat to okres stagnacji wywołanej niskimi cenami nośników energii oraz niską jakością stosowanych pomp ciepła. W okresie tym rocznie montowano około 2 000 nowych instalacji GPC, co na warunki europejskie było znaczącą liczbą. Gwałtowny i szybki wzrost liczby instalowanych GPC nastąpił dopiero w 1996 r., głównie dzięki poważnemu zaangażowaniu się państwa w rozwój i promocję tej technologii. W 2004 r. łączna sprzedaż pomp ciepła na rynku krajowym wyniosła około 67 000, z czego prawie 60% przypadało na systemy GPC. Rozwój rynku pomp ciepła w ostatnim 20-leciu (wg liczby sprzedanych urządzeń wszystkich typów) obrazuje poniższy rysunek. Rys. 4. Sprzedaż pomp ciepła w Szwecji w latach 1986-2004 (wg danych Forsen, 2005) Według stanu na rok 2004, Szwecja, posiadając ponad 200 000 instalacji GPC (włączając małe urządzenia, nie uwzględnione w tab. 4) o łącznej mocy rzędu 1700 MWth, daleko wyprzedza inne kraje europejskie w zakresie wykorzystania energii geotermalnej niskiej entalpii i nie wydaje się, aby w ciągu najbliższych kilku lat sytuacja ta uległa zmianie (patrz tab. 4). O dynamicznym rozwoju rynku pomp ciepła w Szwecji najlepiej świadczy fakt, że 95% nowo budowanych budynków mieszkalnych w tym kraju wyposażanych jest w tego typu instalacje, przy czym są to głównie instalacje odzyskujące ciepło ziemi. Dla porównania można podać, że we Francji, realizującej również ambitny program rozwoju GNE, jest to tylko 5%. Według danych SVEP, 90% GPC montowanych jest w domach mieszkalnych. Przeważają zamknięte systemy otworowe (ok. 70%) o średniej głębokości otworu około 120 m, choć oczywiście bywają i głębsze. Należy podkreślić, że rozwój geotermii w Szwecji skoncentrował się głównie na wykorzystaniu niskotemperaturowych źródeł ciepła (gruntów i wód podziemnych) możliwych do odzyskania jedynie przy pomocy pomp ciepła. Instalacje wykorzystujące ciepło wysokiej entalpii są nieliczne i łączna ich moc w 2003 r. wynosiła tylko 47 MWth (wg Geothermal Barometr, 2004).  Do najważniejszych czynników sprzyjających stosowaniu pomp ciepła w ogrzewaniu budynków należy zaliczyć:
Francja Francja ma długie tradycje i duże doświadczenie w wykorzystywaniu energii geotermalnej. W Europie zajmuje czwarte miejsce po Islandii, Węgrzech i Włoszech w zakresie bezpośredniego wykorzystania ciepła wysokiej entalpii do celów grzewczych. Rynek pomp ciepła w tym kraju miał podobną historię jak w Szwecji. Po gwałtownym rozwoju na początku lat 80-tych XX wieku i późniejszej stagnacji, od 1997 r. nastąpił ponowny i trwały tym razem rozwój. W chwili obecnej Francja zajmuje w Europie trzecią pozycję po Szwecji i Niemcach w ilości zainstalowanej mocy GPC i drugą pozycję po Szwecji, jeśli chodzi o roczny ich przyrost (ponad 11 000). Mimo stosunkowo dużej liczby sprzedawanych urządzeń, wykorzystywanie pomp ciepła do celów grzewczych nie jest jeszcze tak powszechne jak w Szwecji czy w Szwajcarii. Jedynie 5% nowo budowanych budynków mieszkalnych wyposażanych jest w systemy grzewcze wykorzystujące pompy ciepła, przy czym tylko 30% to systemy GPC, a reszta to systemy odzyskujące ciepło z powietrza. W chwili obecnej jedynie około 5% energii cieplnej zużywanej we Francji pochodzi ze źródeł odnawialnych, głównie z biomasy (ok. 78%). Udział energii geotermalnej jest niewielki i wynosi około 2%, z czego prawie 70% przypada na instalacje GPC. Specyfiką Francji jest wysoka sprzedaż pomp ciepła do celów klimatyzowania pomieszczeń latem, sięgająca prawie 220 000 urządzeń rocznie (t.j. około 10 razy więcej niż urządzeń wykorzystywanych do celów grzewczych). ADEME18 wspólnie z BRGM19, opierając się na analizie tendencji światowych oraz potencjału krajowego, opracowały scenariusz rozwoju geotermii we Francji, możliwy do zrealizowania z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia (zamieszczony na stronie: www.geothermie-perspectives.fr). Zakłada się w nim, że w 2010 r. będzie się dostarczać około 0,7 Mtep/rok energii cieplnej, czyli 3 razy więcej niż obecnie. Ilość C02 emitowanego do atmosfery zmniejszy się dzięki temu o 1,75 milionów ton rocznie. Udział geotermii w produkcji energii cieplnej wśród OZE zwiększyłby się z 2% obecnie do 4%. Dla osiągnięcia tego celu zakłada się rozwój geotermii w trzech kierunkach:
We Francji, dla ubezpieczenia ryzyka nie uzyskania odpowiednich ilości wody podziemnej i problemów z funkcjonowaniem instalacji podziemnej w przyszłości (zmniejszenie ilości wody lub jej zanik, zmniejszenie chłonności otworów, spadek temperatury pompowanej wody itd.), ADEME, BRGM i EDF opracowały specjalne zasady ubezpieczania takich zdarzeń. Koszt ubezpieczenia nazywanego Aquapac wynosi 10% kosztów prac rozpoznania geologicznego i 4% kosztów inwestycji, jeśli decyzja o jej realizacji zostanie podjęta. Ubezpieczenie ryzyka zmian warunków hydrodynamicznych i geotermalnych w czasie, zawiera się z reguły na okres 15 lat. Rynek pomp ciepła we Francji jest bardzo dobrze zorganizowany, co również przyczynia się do szybkiego rozwoju tej dziedziny energii odnawialnych. W lutym 2002 zostało powołane do życia Francuskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła (AFPAC), grupujące producentów i instalatorów pomp ciepła, biura projektowe, organizacje publiczne i pozarządowe. Organizacja ta jest członkiem Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Cieplnych (EHPA). Niemcy Wśród krajów europejskich Niemcy zajmują drugą pozycję po Szwecji w ilości zainstalowanej mocy GPC. Są również jednym z najszybciej rozwijających się rynków w tym zakresie. Z roku na rok wzrasta liczba nowych instalacji, od około 1 800 w roku 1996 do 6 200 w roku 2003. W roku 2004 sprzedaż nowych urządzeń sięgnęła prawie 10 000. Zwraca uwagę wysoki i wzrastający udział GPC w ogólnej liczbie instalowanych pomp ciepła. Pod koniec lat 80-tych ubiegłego wieku udział ten był niższy niż 30%, a w roku 2002 sięgnął już 82%. Wśród instalowanych GPC zdecydowanie przeważają systemy zamknięte (ok. 80% w 2002 r.), chociaż liczba instalacji otwartych, opartych na wodach podziemnych, powoli wzrasta - od 15% w 1996 r. do 21% w roku 2002. W kraju tym technologia GPC jest już dobrze opanowana od strony naukowej i technicznej. W chwili obecnej główny wysiłek koncentruje się na zapewnieniu właściwej jakości montażu i eksploatacji instalacji. W tym celu został przygotowany poradnik techniczny (VDI4640) oraz wdrażany jest system certyfikacji dla urządzeń i instalatorów opracowany wspólnie z Austrią i Szwajcarią. Tak jak i w innych krajach o dobrze rozwiniętym rynku GPC, do upowszechnienia tej technologii przyczyniło się wprowadzenie wysokich standardów energetycznych w budownictwie, zmniejszających zapotrzebowanie budynków na energię cieplną do około 100 kWh/m2 rocznie w stosunku do 250 kWh/m rocznie jeszcze w latach 80-tych. Dzięki temu możliwe było upowszechnienie się niskotemperaturowych systemów grzewczych. Nowe perspektywy przed rozwojem rynku pomp ciepła otworzyły się również z chwilą, gdy w nowej ustawie Prawo energetyczne z 2002 r. energie cieplną środowiska pozyskiwaną za pomocą tych urządzeń uznano oficjalnie jako odnawialne źródło energii. Podobnie jak w Austrii, rynek energii elektrycznej, silnie zliberalizowany i konkurencyjny, oferuje specjalne taryfy dla systemów pomp ciepła. Zakłady energetyczne ogólnie mają pozytywny stosunek do tej technologii i popierają jej rozwój udzielając nawet wsparcia finansowego. Ich polityka w tym zakresie jest jednak bardzo zróżnicowana regionalnie. Na przykład w Bawarii (w 2003 r.) system wsparcia w poszczególnych landach (tam gdzie był) przedstawiał się następująco: 150 € za każdy zainstalowany kW zdolności grzewczej w istniejących budynkach poddanych modernizacji, 100 € w innych przypadkach. Maksymalnie do 25% kosztów inwestycji i nie więcej niż 12 500 € za jeden system pomp ciepła. W Brandenburgii natomiast wsparcie zakładów energetycznych sięga do 30% kosztów inwestycji, ale nie więcej niż 613€/kW. W innych regionach kraju nie stosuje się specjalnych subwencji dla tej technologii. Rynek niemiecki zdominowany jest przez producentów grzejników i stąd też znajomość technologii pomp ciepła i dostępność informacji na jej temat w społeczeństwie jest stosunkowo niska. Potencjalnych klientów zniechęcają wysokie koszty inwestycyjne (zwłaszcza przy zamkniętych systemach otworowych) oraz kłopoty proceduralne przy systemach otwartych. Rozwojem rynku pomp ciepła cały czas słabo są zainteresowane również zakłady energetyczne, mimo że już w 1992 r. największe z nich podjęły wspólną inicjatywę na rzecz promowania tej technologii. Przeprowadzono ankietę wśród ponad 7 000 użytkowników pomp ciepła, uzyskując odpowiedź satysfakcjonującą od 68% z nich (zdecydowaliby się jeszcze raz). W efekcie w 1993 r. powołano Niemieckie stowarzyszenie pomp ciepła, które od 2001 r. nosi nazwę :Bundesverband WarmePumpe" (BWP). W chwili obecnej grupuje ono ponad 500 członków z terenu Niemiec, w tym 34 zakłady energetyczne i 21 producentów pomp ciepła. Poważną barierą w rozwoju rynku pomp ciepła jest ciągle brak szerszej politycznej akceptacji dla tej technologii. W landach, gdzie władze lokalne wspierają jej rozwój (Bawaria, Brandenburgia, Nadrenia-Westfalia), technologia ta upowszechnia się najszybciej i z wielkim powodzeniem. Mimo takiej sytuacji akcja marketingowa rozwija się, a rynek wzrasta z roku na rok. BWP na swojej stronie internetowej prowadzi intensywną kampanię promocyjną, dostarcza klientom potrzebnych informacji, prowadzi listy producentów i instalatorów. O technologii pomp ciepła dużo pisze się w prasie, mówi w radio i telewizji. Efekty kampanii są jednak jeszcze dalekie od oczekiwanych. Szwajcaria Kraj ten przywiązuje dużą wagę do rozwoju geotermii niskotemperaturowej i w zakresie instalacji GPC ma już znaczące osiągnięcia. Pierwsze instalacje GPC zaczęły powstawać na początku lat 80-tych ubiegłego wieku, ale szybki i stały przyrost nowych obserwuje się dopiero od 1993 r. i dotyczy on głównie małych instalacji o mocy do 20 kW montowanych w budynkach jednorodzinnych. Do szybkiego wzrostu rynku przyczynił się dobry klimat polityczny; upowszechnienie stosowania pomp ciepła do celów grzewczych zostało potraktowane jako jeden z ważnych sposobów na zmniejszenie zależności energetycznej kraju i redukcję emisji gazów cieplarnianych. W opracowanym w 1993 r. krajowym programie oszczędzania energii Energie 2000" technologia pomp ciepła została zaliczona do odnawialnych źródeł energii i od tej pory sprzedaż urządzeń zaczęła bardzo szybko wzrastać, co ilusrtuje to poniższy wykres.  W chwili obecnej możemy mówić o szerokim upowszechnieniu się systemów GPC w Szwajcarii, o czym najlepiej świadczy fakt, że od 2000 r. 36% nowo budowanych budynków mieszkalnych wyposażanych jest w systemy grzewcze oparte na pompach ciepła, a 50% z nich to systemy GPC. W 2001 r. łączna moc zainstalowanych GPC (zamkniętych i otwartych) stanowiła prawie 90% mocy wszystkich instalacji geotermalnych pracujących w kraju. Reszta przypadała na źródła termalne wykorzystywane w balneologii i jedynie w nikłym stopniu na wody termalne głębokich struktur. W zakresie ilości produkowanego ciepła na systemy GPC przypadało 62,4%, a na źródła termalne 31,7%. Wśród instalacji GPC tylko 5% stanowią płytkie instalacje horyzontalne, 30% instalacje bazujące na wodach podziemnych i 65% zamknięte instalacje otworowe, przeżywające najszybszy rozwój. Średnia głębokość otworów zawiera się w granicach 150-200 m, ale pojawia się coraz więcej otworów sięgających powyżej 300 m. O bardzo szybkim rozwoju tego typu instalacji świadczy fakt, że w 2002 r. wykonano odwierty o łącznej długości około 600 km (!). Było to możliwe dzięki bardzo znacznemu obniżeniu kosztów wierceń i montażu wymiennika ciepła w otworze. W warunkach szwajcarskich całkowity koszt wykonania instalacji otworowej zawiera się z reguły w przedziale 40-60 € na 1 m otworu, a całkowity koszt budowy systemu grzewczego wykorzystującego GPC jest porównywalny z systemami na olej opałowy. Konkurencyjność GPC jest wzmacniana przez stosowanie niższych taryf za zużycie energii elektrycznej przez pompy ciepła, a także przez wprowadzenie od 2004 r. opłat środowiskowych za emisję C02 do atmosfery. Państwo dużą wagę przywiązuje do edukacji społecznej i promowania technologii GPC oraz wspomaga i pobudza badania naukowe w zakresie wykorzystania ciepła ziemi do celów grzewczych. Tak jak i w Niemczech, dla zapewnienia wysokich standardów wykonawstwa podjęto działania na rzecz wdrożenia systemu certyfikacji dla urządzeń i instalatorów. Szybki rozwój technologii GPC dokonuje się także dzięki upowszechnianiu tzw. "kontraktów energetycznych" (ang. "energy contracting"), które polegają na tym, że przedsiębiorstwa użyteczności publicznej instalują, nadzorują i utrzymują te systemy bezpośrednio u użytkowników na swój koszt, sprzedając im ciepło (lub zimno w okresach letnich) po cenach umownych. Szacuje się, że wykorzystywana w Szwajcarii energia geotermalna stanowi ekwiwalent około 86 000 ton paliwa konwencjonalnego i redukuje emisję C02 do atmosfery w wysokości około 300 000 ton rocznie. Sukces rozwoju rynku pomp ciepła w Szwajcarii wziął się głównie z harmonijnej współpracy producentów urządzeń, zakładów energetycznych, Krajowego Biura Energii (Swiss Federal Office of Energy), stowarzyszenia instalatorów. Od roku 1993 rząd szwajcarski realizuje strategiczny programu zwiększenia udziału OZE w sektorze ciepłowniczym. Program ten, którego ważnym elementem jest rozwój technologii pomp ciepła, został podzielony na 3 główne elementy:
Działalność FWS w 50% finansowana jest z budżetu federalnego. Zadaniem stowarzyszenia jest prowadzenie akcji promocyjnych, informowanie, prowadzenie szkoleń, konferencji, przyznawanie znaków jakości. Cyklicznie organizowane są Krajowe Targi Pomp Ciepła. Szwajcaria realizuje także projekty w sektorze badawczo-naukowym (R&D). Ogromną rolę przywiązuje się do systemu certyfikacji i kontroli jakości świadczonych usług. Służy temu opracowany wspólnie z Austrią i Niemcami system kryteriów jakościowych pod nazwą DACH (patrz rozdz. 2.4). Zachęty finansowe są bardzo zróżnicowane regionalnie i głownie oferowane przez samorządy lokalne, lokalne zakłady energetyczne. Pomoc uzależniona jest od spełnienie warunków w zakresie standardów budynków, instalowanych urządzeń i otworów wiertniczych.[/acctab]{/jgaccordion} Techniczne warunki pozyskania i wykorzystania ciepła geotermalnego o niskiej entalpii{jgaccordion}[acctab ==Zasada działania pompy ciepła==]Pompa ciepła (PC) jest urządzeniem, które czerpie z otoczenia rozproszoną energię cieplną i za pomocą energii "napędowej" dostarczanej ze sprężarki podnosi energię na wyższy poziom termodynamiczny. Odbywa się to w zamkniętym procesie obiegowym, poprzez stałą zmianę stanu fizycznego czynnika roboczego (parowanie, sprężanie, skraplanie, rozprężanie). W praktyce oznacza to możliwość wykorzystania niskich temperatur środowiska gruntowo - wodnego do przygotowania ciepłej wody obiegu grzewczego (co.) lub ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) Należy tu wspomnieć, że stosowana powszechnie nazwa "pompa ciepła" nie odpowiada rzeczywistej funkcji urządzenia - bardziej adekwatne jest sformułowanie "pompa grzejna" (Rubik, 2006). Jednak w Polsce pompa ciepła przyjęła się już jako rutynowe określenie omawianego urządzenia (co wynika z adaptacji określeń obcojęzycznych: Heat pump, Wdrmepumpe, Pompę a chaleur, itp.), więc w takim brzmieniu używane jest również w niniejszym opracowaniu. Sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwóch głównych elementów: parownika i skraplacza. Pomiędzy nimi zamontowana jest sprężarka oraz zawór rozprężający, który rozgranicza część wysoko i niskociśnieniową instalacji. Wszystkie te elementy połączone są przewodem wypełnionym czynnikiem roboczym (rys. 6). Jako czynniki robocze stosowane są substancje, które parują w niskich temperaturach (np. 0°C), a jednocześnie posiadają wysoki wewnętrzny współczynnik ciepła. Dodatkowym wymogiem jest brak oddziaływania na środowisko, w tym na strefę ozonową Bardziej szczegółowe informacje na temat wymogów w odniesieniu do czynników roboczych, wraz z charakterystyką ich właściwości fizycznych oraz oceną przydatności do pomp ciepła, znaleźć można m.in. w pracy Rubika (2006).  Zgodnie z zasadami termodynamiki przepływ ciepła następuje od źródła o wyższej temperaturze do źródła o temperaturze niższej. Dolnym źródłem ciepła jest środowisko naturalne (woda, grunt), skąd ciepło doprowadzane jest do pompy przez czynnik chłodniczy krążący w kolektorze umieszczonym pod powierzchnią ziemi. Górne źródło ciepła stanowią ogrzewane pomieszczenia, gdzie z kolei ciepło rozprowadzane jest przez wodę obiegu grzewczego (co.) lub wodę użytkową (cw.u.) Czynnik roboczy przepływając przez parownik (3), pobiera ciepło z czynnika chłodniczego dolnego źródła (5) i zaczyna wrzeć, stając się parą o niskim ciśnieniu. Zasysany przez sprężarkę (1) ulega sprężeniu, co wiąże się z gwałtownym wzrostem jego temperatury. Gorący czynnik roboczy trafia do skraplacza (2) i oddaje w nim ciepło do wody systemu grzewczego (górnego źródła). W wyniku spadku temperatury skrapla się i następnie trafia do zaworu rozprężającego (4), skąd w stanie ciekłym spływa z powrotem do parownika. Obieg termodynamiczny pomp ciepła odbywa się w odwrotnym cyklu Carnota. Współczynnik efektywności COP (ang. Coefficient of Performance) określa oddaną moc grzewczą w stosunku do zastosowanej mocy napędowej. Wyraża się to wzorem:  Wartość współczynnika efektywności zależna jest w gruncie rzeczy od wymaganej temperatury górnego źródła ciepła, ponieważ na temperaturę źródła dolnego zwykle nie mamy wpływu. Dlatego też przy projektowaniu systemów ciepłowniczych z użyciem pomp ciepła zaleca się racjonalny dobór górnego źródła ciepła, np. bardzo korzystne jest tu niskotemperaturowe, podłogowe ogrzewanie pomieszczeń. Przy temperaturach dolnego źródła ciepła charakterystycznych dla naszych warunków przyrodniczych (naturalnych), zadowalająca efektywność pompy osiągnięta może być przy temperaturze górnego źródła na poziomie ok. 50 °C. Przykładowo dla wartości:  Oczywiście obieg idealny, pozbawiony strat ciepła nie jest możliwy. Z tego względu rzeczywiste współczynniki efektywności pomp są mniejsze niż wyliczone teoretycznie. Dla różnych warunków stosowania nowoczesnych pomp ciepła wynoszą one ok. 4-5, co znaczy, że 1 kWh energii elektrycznej pozwala uzyskać 4-5 kWh energii cieplnej. Stosunek energii włożonej w postaci napędu sprężarki do energii odzyskanej w górnym źródle ciepła wynosi około 1 do 4. Tak więc wydajność pompy ciepła wynosi ok. 75 %. Nowoczesne pompy ciepła są urządzeniami o stosunkowo niewielkich gabarytach, np. pompa o mocy ok. 40 kW ma wymiary porównywalne z pralką. Wyposażenie obejmuje sterownik umożliwiający dwustronną komunikację z komputerem, dzięki czemu wszystkie parametry pracy pompy mogą być na bieżąco monitorowane. Sterownik może mieć wbudowany algorytm pogodowy umożliwiający automatyczne dostosowywanie temperatury wody zasilającej grzejniki do temperatury zewnętrznej. Dzięki temu obniża się energochłonność urządzenia. Pomimo pracy sprężarki, obecnie produkowane pompy ciepła są ciche i nie powodują drgań. Pompa ciepła może pracować także w trybie odwrotnym, tj. działać w charakterze urządzenia chłodzącego, co bliżej przedstawiono w rozdziale 3.3.[/acctab] [acctab ==Rodzaje instalacji geotermalnych niskiej entalpii==]Pompa ciepła, jako urządzenie odzyskujące z otoczenia rozproszoną energię cieplną, stosowana może być w bardzo wielu schematach instalacyjnych. Umowny podział instalacji geotermalnych wyróżnia dwa zasadnicze systemy:
 [/acctab] [acctab ==Gromadzenie ciepła w gruncie==]Zarówno systemy otwarte, jak i zamknięte wykorzystywać mogą energię pierwotną, tj. ciepło nagromadzone w sposób naturalny w górnych partiach skorupy ziemskiej, jak też tzw. "energię odpadową", która odzyskiwana jest w procesach technologicznych i grzewczych. Wśród rodzajów energii odpadowej wymienić można na przykład gazy z przeróbki chemicznej węgla i ropy, ciepło zawarte w odprowadzanych ściekach, energię wód zrzutowych z energetyki. Ciekawym przykładem zmagazynowania energii odpadowej są hałdy poeksploatacyjne kopalń węgla kamiennego oraz składowiska odpadów, które na skutek procesów fermentacyjnych generują spore ilości ciepła. Temperatura wewnątrz składowiska może osiągać nawet 70°C (Maciak, 1999), znane są także przypadki samozapłonu. W ostatnich latach coraz powszechniej stosowane są rozwiązania umożliwiające podziemne magazynowanie energii cieplnej. Wykorzystywane w nich pompy ciepła wyposażone są w przełącznik umożliwiający odwrócenie cyklu obiegu czynnika chłodzącego w taki sposób, że skraplacz staje się parownikiem a parownik skraplaczem. Mówimy wtedy o pompach rewersyjnych wykorzystywanych zarówno do ogrzewania, jak i klimatyzowania pomieszczeń. Zwiększa to stabilność temperaturową dolnego źródła ciepła i podwyższa tym samym efektywność cieplną oraz ekonomiczną instalacji. W okresie letnim, gdy pompa ciepła wykorzystywana jest do klimatyzowania i chłodzenia pomieszczeń, ciepło odzyskowe odprowadzane jest do gruntu i tam gromadzone do wykorzystania w okresie zimowym. Z kolei w zimie następuje schłodzenie gruntu do wykorzystania w okresie letnim. W niektórych instalacjach, zwłaszcza tych o dużych mocach grzewczych, do magazynowania energii używa się także ciepła odpadowego oraz ciepła wytwarzanego przez baterie słoneczne. Rozwiązania takie są oczywiście znacznie bardziej skomplikowane i wymagają odpowiedniego skonfigurowania całego systemu grzewczo-klimatyzacyjnego. W anglojęzycznej literaturze fachowej (Sanner, 2001) magazynowanie ciepła w gruncie określane jest jako Underground Thermal Energy Storage (UTES), przy czym dla systemów otwartych przyjęło się używać nazwy Aąuifer Thermal Energy Storage (ATES), a dla systemów zamkniętych - Duet Thermal Energy Storage (DTES). Zasada pracy instalacji GPC (otwartych i zamkniętych) z magazynowaniem ciepła w gruncie została przedstawiona na poniższych rysunkach nr 7 i 8.   [/acctab] {/jgaccordion}
|
