The potential to improve air quality by increasing the use of deep geothermal energy
DOI:
https://doi.org/10.7494/geol.2022.48.2.147Keywords:
air pollution, equivalent emission factors, deep geothermal energy development, emission inventory, PolandAbstract
Increasing the use of geothermal energy may be one of the tools bringing us closer to achieving the European Commission’s objective of reducing greenhouse gas emissions by 55% by 2030. Air quality improvement plays a strategic role in achieving sustainable energy development. Both European and national legislation in this field is particularly comprehensive and effective, establishing rules for monitoring and preventing air pollution in order to avoid adverse effects on human health and the environment. Unfortunately, the effective air pollutions monitoring network currently in place in Poland, with 156 monitoring stations, mainly concerns agglomerations and cities with over 100,000 inhabitants. The lack of information on the state of pollution in smaller towns is a significant limitation in terms of research aimed at assessing the effects of corrective measures taken, such as the possible transformation of district heating systems based on RES, including the use of deep geothermal energy. This paper proposes some solutions which allow the effective estimation of air conditions in locations not covered by environmental monitoring, in the context of the potential to develop geothermal resources in the rich geothermal province of Central Poland.
Downloads
References
Bebkiewicz K., Chłopek Z., Chojnacka K., Doberska A., Kanafa M., Kargulewicz I., Olecka A. et al., 2021. Krajowy bilans emisji SO2, NOx, CO, NH3, NMLZO, pyłów, metali ciężkich i TZO za lata 1990–2019. Raport syntetyczny. KOBiZE, IOŚ-PIB, Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Warszawa.
Benedek J., Tihamér-Tibor S. & Bartók B., 2018. Evaluation of renewable energy sources in peripheral areas and renewable energy-based rural development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 90, 516–535. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.020.
Berent-Kowalska G., Kozieł A., Matysiak J., Dąbrowska-Ładno J., Dziedzina K., Jurgaś A., Peryt S. et al., 2019. Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2018 roku [Energy consumption in households in 2018]. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa. https://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/pl/defaultaktualnosci/5485/2/4/1/zuzycie_energii_w_gospodarstwach_domowych_w_2018.pdf [access: 19.12.2020].
Brent-Kowalska G., Jurgaś A., Kacprowska J., Pawelczyk M., Szymańska M. & Moskal I., 2020. Energia ze źródeł odnawialnych w 2019 r. [Energy from renewable sources in 2019]. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa. https://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/en/defaultaktualnosci/3304/3/12/1/energy_from_renewable_sources_in_2019.pdf [access: 15.03.2021].
Capizzi F., Das A., Dauwe T., Moorkens I., Saarikivi R.J. & Tomescu M., 2019. Renewable energy in Europe 2019: Recent growth and knock-on effects. Eionet Report – ETC/CME 2019/8, European Topic Centre on Climate Change Mitigation and Energy. https://www.eionet.europa.eu/etcs/etc-cme/products/etc-cme-reports/renewable-energy-in-europe-2019-recent-growth-and-knock-on-effects/@@download/file/ETCCME_2019_8_RESeurope.pdf [access: 15.03.2021].
CIEP (Chief Inspectorate for Environmental Protection), 2021. Measurement data archives [dataset]. https://powietrze. gios.gov.pl/pjp/archives?lang=en [access: 15.03.2021].
EC (European Commission – Directorate-General for Energy), 2019. Clean energy for all Europeans. Publications Office of the European Union, Luxembourg. https://doi.org/10.2833/9937.
EEA (European Environment Agency), 2020. Air quality in Europe: 2020 report. Publications Office of the European Union, Luxembourg. https://doi.org/10.2800/786656.
EEA Grants, 2019. The European Economic Area (EEA) and Norway Grants for the period 2014–2021. Environment, Energy, Climate Change and Low Carbon Economy. https://eeagrants.org/resources/pl04-energy-eea-grants-2009-2014-programme-agreement [access: 15.03.2021].
EU (European Union), 2020. Report from the commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions – Kick-starting the journey towards a climate-neutral Europe by 2050. EU Climate Action Progress Report 2020. Brussels. https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2020:0777:FIN:EN:PDF [access: 15.03.2021].
Eurostat, 2021. Greenhouse gas emissions by source sector (source: EEA). https://bit.ly/3qNc1cm [access: 15.03.2021].
Frank A.G., Gerstlberger W., Paslauski C.A., Visintainer‑Lerman L. & Ayala N.F., 2018. The contribution of innovation policy criteria to the development of local renewable energy systems. Energy Policy, 115, 353–365. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.01.036.
Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M., Hauck J., Olsen A., Peters G.P. et al., 2020. Global Carbon Budget 2020. Earth System Science Data, 12, 4, 3269–3340. https://doi.org/10.5194/essd-12-3269-2020.
Garabetian T., Dumas P., Serrano C., Pinzuti V., Mazzagatti V., Kumar S., Dimitrisina R, a Erbanova H., Katechi S., 2021. 2020 EGEC Geothermal Market Report: Full Report. European Geothermal Energy Council, Brussels [access restricted to EGEC members].
GCA (Global Carbon Atlas), 2020. Global Carbon Project. Emissions Table Territorial (Mt CO2), Chart View. http://www.globalcarbonatlas.org/en/CO2-emissions [access: 15.03.2021].
Godłowska J., 2019. Wpływ warunków meteorologicznych na jakość powietrza w Krakowie: badania porównawcze i próba podejścia modelowego. Seria Publikacji Naukowo-Badawczych – Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa.
Górecki W. (ed.), 2006a. Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources of mesozoic formations in the Polish Lowlands]. Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH, Kraków. https://kse.agh.edu.pl/uploaded/AGH-Atlas_Geotermalny_Mezozoiku-2006.pdf [access: 20.08.2021].
Górecki W. (ed.), 2006b. Atlas zasobów geotermalnych formacji paleozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources of Paleozoic formations in the Polish Lowlands]. Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH, Kraków. https://kse.agh.edu.pl/uploaded/AGH-Atlas_Geotermalny_Paleozoiku-2006.pdf [access: 20.08.2021].
Górecki W., Hajto M., Strzetelski W. & Szczepański A., 2010. Dolnokredowy oraz dolnojurajski zbiornik wód geotermalnych na Niżu Polskim [Lower Cretaceous and Lower Jurassic aquifers in the Polish Lowlands]. Przegląd Geologiczny, 58, 7, 589–593. https://geojournals.pgi.gov.pl/pg/article/download/29942/21584 [access: 15.03.2021].
Górska A., Jóźwicka R., Rudnicka M. & Wojciechowska M., 2020. Ekonomiczne aspekty ochrony środowiska 2020 [Economic aspects of environmental protection 2020].
Główny Urząd Statystyczny, Warszawa. https://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/en/defaultaktualnosci/3303/4/3/1/economic_aspects_of_environmental_protection_2020.pdf [access: 20.02.2021].
Hajto M., 2014. Modelowanie parametrów hydrogeologicznych i geotermicznych oraz automatyzacja obliczeń zasobów geotermalnych w skali regionalnej na przykładzie konstrukcji współczynnika mocy [Modelling of hydrogeological and geothermal parameters and automation of geothermal resources calculation on a regional scale, example of the power factor construction]. Przegląd Geologiczny, 62, 12, 852–855. https://www.pgi.gov.pl/docman-tree/publikacje-2/przeglad-geologiczny/2014/grudzien/2833-modelowanie-parametrow-hydrogeologicznych/file.htm [access: 20.08.2021].
Hajto M., 2018. Potencjał geotermalny Polski oraz możliwości adaptacji międzynarodowej klasyfikacji zasobów geotermalnych UNFC-2009 [Geothermal potential of Poland and the possibility of adapting the UNFC-2009 international classification of geothermal resources]. Nafta-Gaz, 74, 12, 898–904. https://doi.org/10.18668/NG.2018.12.04.
Hajto M. & Górecki W., 2008. Perspektywy nowych projektów geotermalnych na tle rozmieszczenia zasobów wód termalnych na Niżu Polskim [Prospective localizations of new geothermal projects in the background of geothermal energy resources distribution in the Polish Lowlands]. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 47, 252, 151–160. http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-article- BTB2-0046-0075 [access: 15.03.2021].
Hajto M. & Górecki W., 2010a. Potencjał energetyczny wód termalnych na Niżu Polskim [Energy potential of thermal waters in the Polish Lowland]. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 439, 81–85. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-7b58772c-de30-4d1c-adfb-cf5eac801fd2 [access: 15.03.2021].
Hajto M. & Górecki W., 2010b. The most prospective areas of use of thermal waters for heating purposes in the Polish Lowlands. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 441, 10, 27–32. http://31.186.81.235:8080/api/files/view/23235.pdf [access: 15.03.2021].
Hajto M. & Górecki W., 2010c. Geological analysis and assessment of geothermal energy resources in the Polish Lowlands. [in:] Horne R. (ed.), Proceedings of the World Geothermal Congress 2010: 25–30 April 2010, Bali – Indonesia, International Geothermal Association, Indonesia, 1–12. http://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2010/1222.pdf [access: 20.08.2021].
Hajto M. & Kaczmarczyk M., 2021. Compilation of air pollution measurements based on air quality monitoring stations of Chief Inspectorate for Environmental Protection (GIOŚ) in Poland for 2018 – processed data file [dataset]. Mendeley Data, v3. https://doi.org/10.17632/ynnk5bmdrt.3.
Hałaj E. & Kępińska B., 2019. Conjunctive uses of the geothermal water resources from lower cretaceous formations in the Mogilno–Lodz Trough, Poland. Sustainable Water Resources Management, 5, 4, 1479–1494. https://doi.org/10.1007/s40899-018-0284-y.
HRE (Heat Roadmap Europe), 2018. Low carbon heating & cooling strategies for Europe. Final Publishable Report of the EU-funded project STRATEGO April 2014 – November 2016. https://heatroadmap.eu/wp-content/uploads/2018/12/Stratego_Final_Publishable_Report.pdf [access: 9.01.2021].
Jenniches S., 2018. Assessing the regional economic impacts of renewable energy sources – A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 93, 35–51. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.008.
Juda-Rezler K. & Toczko B. (red.), 2016. Pyły drobne w atmosferze: kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Warszawa.
Kaczmarczyk M. (red.), 2015. Niska emisja: od przyczyn występowania do sposobów eliminacji: monografia. Geosystem Burek, Kotyza, Kraków.
Kaczmarczyk M., 2018. Potential of existing and newly designed geothermal heating plants in limiting of low emissions in Poland. E3S Web of Conferences, 44, 00062, 1–8. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184400062.
Kaczmarczyk M., Sowiżdżał A. & Tomaszewska B., 2020a. Energetic and environmental aspects of individual heat generation for sustainable development at a local scale – A case study from Poland. Energies, 13, 2, 454, 1–16. https://doi.org/10.3390/en13020454.
Kaczmarczyk M., Tomaszewska B. & Operacz A., 2020b. Sustainable utilization of low enthalpy geothermal resources to electricity generation through a cascade system. Energies, 13, 10, 2495, 1–18. https://doi.org/10.3390/en13102495.
Kaczmarczyk M., Tomaszewska B. & Pająk L., 2020c. Geological and thermodynamic analysis of low enthalpy geothermal resources to electricity generation using ORC and Kalina Cycle technology. Energies, 13, 6, 1335, 1–20. https://doi.org/10.3390/en13061335.
Kępińska B. (ed.), 2017. Geothermal energy – a basis for low-emission space heating improving living conditions and sustainable development – preliminary studies for selected areas in Poland: Study Visits’ Report. http://www.eeagrants.agh.edu.pl/wp-content/uploads/2017/12/EEASV-Report_GeoHeatPol-2017.pdf [access: 14.02.2021].
KOBIZE, IOŚ-PIB, 2015. Wskaźniki emisji zanieczyszczeń ze spalania paliw. Kotły o nominalnej mocy cieplnej do 5 MW. Zespół Zarządzania Krajową Bazą KOBiZE, Warszawa.
Kostevšek A., Petek J., Čuček L., Klemeš J.J., Varbanov P.S., 2015. Locally Integrated Energy Sectors supported by renewable network management within municipalities. Applied Thermal Engineering, 89, 1014–1022. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.01.037.
Macuk R., 2019. Heating in Poland. Edition 2019. Forum Energii. https://forum-energii.eu/en/analizy/cieplownictwo-2019 [access:16.04.2021].
MKiŚ (Ministerstwo Klimatu i Środowiska), 2021. Polityka energetyczna Polski do 2040 r. [Poland’s energy policy until 2040]. https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski/ [access: 15.03.2021].
NFOŚiGW (Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej), 2020. Udostępnianie wód termalnych w Polsce [“Enabling access to thermal waters in Poland” priority programme]. https://www.gov.pl/web/nfosigw/udostepnianie-wod-termalnych-w-polsce-2021 [access: 15.03.2021].
NFOŚiGW (Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej), 2021. Polska Geotermia Plus [“Polish Geothermal Energy Plus” priority programme]. http://www2.nfosigw.gov.pl/oferta-finansowania/srodki-krajowe/programy-priorytetowe/polska-geotermia-plus/nabor-2019--polska-geotermia-plus/ [access: 15.03.2021].
PN-EN 12831:2006. Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego. Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa.
Poggi F., Firmino A. & Amado M., 2018. Planning renewable energy in rural areas: Impacts on occupation and land use. Energy, 155, 630–640. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.05.009.
Populationof.net, 2021. The population of Europe from 1960 to 2021 (historical). https://www.populationof.net/europe/ [access: 15.03.2021].
Program Czyste Powietrze, 2022. https://czystepowietrze.gov.pl [Clean Air Programme – official website of the government subsidy] [access: 5.05.2022].
PSG (Polskie Stowarzyszenie Geotermiczne), 2021. Geotermia Mazowiecka S.A. https://energia-geotermalna.org.pl/czlonkowie-wspierajacy/geotermia-mazowiecka-s-a/ [access: 15.03.2021].
Puszcza Borecka station, 2021. Puszcza Borecka. Stacja kompleksowego monitoringu środowiska Instytutu Ochrony Środowiska [location of Comprehensive environmental monitoring station of the Chief Inspectorate for Environmental Protection in Puszcza Borecka]. Google Maps. https://goo.gl/maps/9gXU9UfWf4hSQfhz9 [access: 15.03.2021].
RED, 2021. European Green Deal: Commission proposes transformation of EU economy and society to meet climate ambitions. Brussels. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/api/files/document/print/en/ip_21_3541/IP_21_3541_EN.pdf [access: 4.05.2022].
REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st Century), 2019. Renewables 2019: Global Status Report. REN21 Secretariat, Paris. https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/gsr_2019_full_report_en.pdf [access: 16.01.2021].
Schumacher K., Krones F., McKenna R. & Schultmann F., 2019. Public acceptance of renewable energies and energy autonomy: A comparative study in French, German and Swiss Upper Rhine region. Energy Policy, 126, 315–332. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.11.032.
Soltani M., Kashkoolia F.M., Souria M., Rafieia B., Jabarifara M., Gharalic K. & Nathwani J.S., 2021. Environmental, economic, and social impacts of geothermal energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 140, 110750. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110750.
Sowiżdżał A., Hajto M. & Hałaj E., 2020a. Thermal waters of central Poland: a case study from Mogilno–Łódź Trough, Poland. Environmental Earth Sciences, 79, 5, 112, 1–11. https://doi.org/10.1007/s12665-020-8855-2.
Sowiżdżał A., Górecki W. & Hajto M., 2020b. Geological conditions of geothermal resource occurrences in Poland. Geological Quarterly, 64, 1, 185–196. https://doi.org/10.7306/gq.1526.
Szewczyk J. & Hajto M., 2006. Heat flow versus sub-surface temperatures in the Polish Lowlands. [in:] Górecki (ed.), Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal resources of Mesozoic formations in the Polish Lowlands], Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH, Kraków, 143–151.
Wierzbińska M., 2017. Modelowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń emitowanych z emitorów punktowych [Modeling of air pollution dispersion emitted from point sources]. Inżynieria Ekologiczna, 18, 2, 199–209. https://doi.org/10.12912/23920629/68315.
Wiktorowicz B., 2011. Możliwości wykorzystania wód termalnych w niecce łódzkiej [Occurrence thermal waters of the basin of Lódź]. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 50, 1–2, 329–337. https://min-pan.krakow.pl/wp-content/uploads/sites/4/2017/12/31-wiktorowicz.pdf [access: 14.02.2021].
Zhang R., Wang G., Shena X., Wangd J., Tanc X., Fenge S. & Hong J., 2020. Is geothermal heating environmentally superior than coal fired heating in China? Renewable and Sustainable Energy Reviews, 131, 110014. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110014.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors have full copyright and property rights to their work. Their copyrights to store the work, duplicate it in printing (as well as in the form of a digital CD recording), to make it available in the digital form, on the Internet and putting into circulation multiplied copies of the work worldwide are unlimited.
The content of the journal is freely available according to the Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
