Geothermal Potential of the Lublin Trough is Low-temperature and North-concentrated. What May Be Environmental Impact of Their Use?

• Autorzy: Ciapała Bartłomiej

Identyfikatory

DOI

10.54740/ros.2023.010

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The geothermal potential is challenging to assess, as on the one hand it requires subsurface parametric description; on another – the variable surface influences the potential and geological conditions. In the article, the author presents a novel method for assessing geothermal potential and its environmental impact. The procedure is implemented to evaluate the geothermal potential of the Lublin trough. Geological modelling and GIS analyses are used to determine prospective areas where geothermal water accessibility and sufficient head demand occur in the direct vicinity. Maximal geothermal heat production is estimated, and upon that – possible avoided emissions of air pollutants. The study results indicate that this region's geothermal resources are of low temperature (<50°C), so the only opportunity for exploitation is the direct use of geothermal water in objects or the operation of ultra-low-temperature district heating systems. The main geothermal energy production potential of the Lublin trough is in its northern part, close to the Warszawa trough and nearby main fracture zones. In total, up to 300 GWh of geothermal heat per year might be produced and consumed in the study area if residential and commercial objects could take advantage of ultra-low-temperature district heating system. It would lead to locally significant limitation of air pollutant emissions and decreased fossil fuel consumption.

Słowa kluczowe

EN

geothermal; district heating; energy; heat; assessment

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2023
• Tom: Tom 25
• Strony: 86--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ciapała Bartłomiej

• Department of Energy Resources, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, AGH University of Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5362-0612

Bibliografia

• Bayer, P., Attard, G., Blum, P., Menberg, K. (2019). The geothermal potential of cities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 106, 17-30. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2019.02.019
• Billi, A., Salvini, F., Storti, F. (2003). The damage zone-fault core transition in carbonate rocks: Implications for fault growth, structure and permeability. Journal of Structural Geology, 25(11), 1779-1794. https://doi.org/10.1016/S0191-8141(03)00037-3
• Buffa, S., Cozzini, M., D'Antoni, M., Baratieri, M., Fedrizzi, R. (2019). 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, 504-522. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2018.12.059
• Bujakowski, W., Barbacki, A. (2004). Potential for geothermal development in Southern Poland. Geothermics, 33(3), 383-395. https://doi.org/10.1016/J.GEOTHERMICS.2003.04.001
• Chambers, J., Narula, K., Sulzer, M., Patel, M.K. (2019). Mapping district heating potential under evolving thermal demand scenarios and technologies: A case study for Switzerland. Energy, 176, 682-692. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2019.04.044
• Ciapała, B., Janowski, M., Jurasz, J. (2018). Superniskotemperaturowa sieć ciepłownicza z indywidualnym źródłem szczytowym w kontekście zaopatrzenia w ciepło budynku wykonanego w technologii tradycyjnej. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 2. (in Polish) https://min-pan.krakow.pl/wydawnictwo/wp-content/uploads/sites/4/2019/01/05-ciepala-i-inni.pdf
• Ciapała, B., Jurasz, J., Janowski, M., Kępińska, B. (2021). Climate factors influencing effective use of geothermal resources in SE Poland: the Lublin trough. Geothermal Energy, 9(1). https://doi.org/10.1186/s40517-021-00184-1
• Ciosmak, M. (2009). Warunki geotermalne centralnego obszaru niecki lubelskiej oraz możliwości ich wykorzystania na przykładzie gminy Spiczyn. Inżynieria Ekologiczna, 21, 109-120. (in Polish)
• Dziewińska, L., Jóźwiak, W. (2000). Zmiany litologiczne w utworach karbonu rowu lubelskiego w świetle interpretacji geofizycznej. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 392, 5-48. (in Polish)
• Feldrappe, H., Obst, K., Wolfgramm, M. (2007). Proceedings European Geothermal Congress. 30.
• Główne Zbiorniki Wód Podziemnych – Państwowy Instytut Geologiczny – PIB. (2023). (in Polish) https://www.pgi.gov.pl/psh/psh-2/ochrona-wod-podziemnych.html
• Główny Urząd Geodezji i Kartografii. (2020). Baza Danych Obiektów Topograficznych – BDOT10k. (in Polish) https://dane.gov.pl/pl/dataset/2030,dane-obiektow-topograficznych-o-szczegolowosci-zap
• Gong, Y., Ma, G., Jiang, Y., Wang, L. (2023). Research progress on the fifth-generation district heating system based on heat pump technology. Journal of Building Engineering, 71. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106533
• Górecki, W. (ed.), Hajto, M., et al. (2006). Atlas of Geothermal Resources of Mesosoic Formations in the Polish Lowlands (W. Górecki, Ed.).
• Guelpa, E., Capone, M., Sciacovelli, A., Vasset, N., Baviere, R., Verda, V. (2023). Reduction of supply temperature in existing district heating: A review of strategies and implementations. Energy, 262. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125363
• Kępińska, B. (2005). Geothermal Energy Country Update Report from Poland, 2000-2004. Proceedings World Geothermal Congress, 24-29.
• Kępińska, B. (2020). Geothermal Energy Country Update Report from Poland, 2015-2019. Proceedings World Geothermal Congress 2020 Reykjavik, Iceland, April 26 – May 2, 2020.
• Kozłowska, A., Kozłowska, A. (2004). Diageneza piaskowców karbonu górnego występujących na pograniczu rowu lubelskiego i bloku warszawskiego. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 411(411), 5-86. (in Polish) https://geojournals.pgi.gov.pl/bp/article/view/29581
• Kramers, L., Van Wees, J. D., Pluymaekers, M. P. D., Kronimus, A., Boxem, T. (2012). Direct heat resource assessment and subsurface information systems for geothermal aquifers; the Dutch perspective. Netherlands Journal of Geosciences, 91(4), 637-649. https://doi.org/10.1017/S0016774600000421
• Krojewo, K., Krojewo, K., Teller, L. (1968). Stratygrafia karbonu zachodniej części niecki lubelskiej. Acta Geologica Polonica, 18(1), 153-178. (in Polish) https://geojournals.pgi.gov.pl/agp/article/view/10160
• Limberger, J., Boxem, T., Pluymaekers, M., Bruhn, D., Manzella, A., Calcagno, P., Beekman, F., Cloetingh, S., van Wees, J.D. (2018). Geothermal energy in deep aquifers: A global assessment of the resource base for direct heat utilisation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 961-975. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2017.09.084
• Majorowicz, J.,Wybraniec, S. (2009). Zmiany strumienia cieplnego Europy w skali regionalnej i głębokościowej i ich wpływ na szacowanie zasobów energii geotermalnej głębokich zamkniętych systemów typu EGS. Przegląd Geologiczny, 57(8). (in Polish)
• Markó, Á., Mádl-Szőnyi, J., Brehme, M. (2021). Injection related issues of a doublet system in a sandstone aquifer – A generalised concept to understand and avoid problem sources in geothermal systems. Geothermics, 97, 102234. https://doi.org/10.1016/J.GEOTHERMICS.2021.102234
• Mitchell, T.M., Faulkner, D.R. (2012). Towards quantifying the matrix permeability of fault damage zones in low porosity rocks. Earth and Planetary Science Letters, 339-340, 24-31. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.05.014
• Model basenu lubelskiego. (2016). https://geo3d.pgi.gov.pl/pl/model-basenu-lubelskiego
• Narkiewicz, M. (2003). Tektoniczne uwarunkowania rowu lubelskiego (późny dewon-karbon). Przegląd Geologiczny, 51(9), 771-776. (in Polish) https://geojournals.pgi.gov.pl/pg/article/view/14059
• Orman, Ł.J., Honus, S., Jastrzębska, P. (2023). Investigation of Thermal Comfort in the Intelligent Building in Winter Conditions. Rocznik Ochrona Środowiska, 25, 45-54. https://doi.org/10.54740/ROS.2023.006
• Østergaard, D.S., Svendsen, S. (2016). Theoretical overview of heating power and necessary heating supply temperatures in typical Danish single-family houses from the 1900s. Energy and Buildings, 126, 375-383. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.05.034
• Pawłowski, S. (1961). Kredowy i jurajski rów lubelski. Geological Quarterly, 5(4), 831-838. https://gq.pgi.gov.pl/article/view/14077
• Pluymaekers, M.P.D., Kramers, L., Van Wees, J.D., Kronimus, A., Nelskamp, S., Boxem, T., Bonté, D. (2012). Reservoir characterisation of aquifers for direct heat production: Methodology and screening of the potential reservoirs for the Netherlands. Netherlands Journal of Geosciences, 91(4), 621-636. https://doi.org/10.1017/S001677460000041X
• Poland – Air pollution country fact sheet – European Environment Agency. (2021). https://www.eea.europa.eu/themes/air/country-fact-sheets/2021-country-fact-sheets/poland
• Pożaryski, W. (1974). Podział obszaru Polski na jednostki tektoniczne. In Budowa geologiczna Polski. T. 4, Tektonika. Cz. 1. Niż Polski. (in Polish)
• Raport ciepłowniczy 2021. (2021). (in Polish)
• Rockel, W., Hoth, P., Seibt, P. (1997). Charakteristik und Aufschluß hydrothermaler Speicher. Geowissenschaften: Organ Der Alfred-Wegener-Stiftung, 15(8), 244-252.
• Rotevatn, A., Bastesen, E. (2014). Fault linkage and damage zone architecture in tight carbonate rocks in the Suez Rift (Egypt): Implications for permeability structure along segmented normal faults. Geological Society Special Publication, 374(1), 79-95. https://doi.org/10.1144/SP374.12
• Różkowski, A., Rudzińska, T. (1978). Model hydrogeologiczny Centralnego i Północnego Okręgu Węglowego w Lubelskim Zagłębiu Węglowym. Geological Quarterly, 22(2), 395-414. (in Polish) https://gq.pgi.gov.pl/article/download/8889/pdf_920
• Schroeder, R.C. (1976). Reservoir engineering report for the magma-SDG and E geothermal experimental site near the Salton Sea, California. https://doi.org/10.2172/7324818
• Seibt, P., Kellner, T. (2003). Practical experience in the reinjection of cooled thermal waters back into sandstone reservoirs. Geothermics, 32(4-6), 733-741. https://doi.org/10.1016/S0375-6505(03)00071-3
• Trumpy, E., Botteghi, S., Caiozzi, F., Donato, A., Gola, G., Montanari, D., Pluymaekers, M.P.D., Santilano, A., van Wees, J.D., Manzella, A. (2016). Geothermal potential assessment for a low carbon strategy: A new systematic approach applied in southern Italy. Energy, 103, 167-181. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2016.02.144
• Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. – Prawo geologiczne i górnicze – Prawo geologiczne i górnicze z późniejszymi zmianami, (2011). (in Polish) https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20111630981
• Wskaźniki emisji zanieczyszczeń ze spalania paliw dla źródeł o nominalnej mocy cieplnej do 5 MW, zastosowane do automatycznego wyliczenia emisji w raporcie do Krajowej bazy za rok 2022. (2023). (in Polish)
• Żelaźniewicz, A., Paweł, A., Buła, Z., Karnkowski, P. H., Konon, A., Oszczypko, N., Andrzej, Ś., Żaba, J., Żytko, K. (2011). Regionalizacja tektoniczna Polski (Tectonic subdivision of Poland). June 2015.
• Zhang, Y., Zhang, Y., Yu, H., Li, J., Xie, Y., Lei, Z. (2020). Geothermal resource potential assessment of Fujian Province, China, based on geographic information system (GIS) – supported models. Renewable Energy, 153, 564-579. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2020.02.044
• Zwierzchowski, A. (1989). Rola tektoniki w kształtowaniu się warunków hydrogeologicznych w obszarze lubelskim. Przegląd Geologiczny, 37(12), 614-623. (in Polish) https://geojournals.pgi.gov.pl/pg/article/view/17201

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).