Definicję energii geotermalnej nazywamy energię z wnętrza Ziemi. Energia ta zakumulowana jest w gorących suchych skałach lub w systemach hydrotermalnych. Jeżeli chodzi o energie pierwotną jest ona pozostałością po procesach formowania się planety oraz w wyniku procesów rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Do zasobów geotermalnych zalicza się ciepło które charakteryzuje temperatura co najmniej 20ºC.

Tak jak mówi pojęcie stopnia geotermicznego, definiowanego jako głębokość gdzie temperatura rośnie o 1ºC w odniesieniu do punktu początkowego, oznacza to iż temperatura zmienia się ponieważ zależy to od czynników t.j. budowa geologiczna danego obszaru, rozwój geotektoniczny , procesy chemiczne które zachodzą w głębi Ziemi, oraz obecność wód głębinowych jak i bliskość zjawisk wulkanicznych.

W naszym kraju stopień geotermiczny wynosi ok. 33m/ºC. Jeżeli chodzi o baseny sedymentacyjne występują one w Polsce i są wypełnione wodami geotermalnymi których temperatura wynosi od 20ºC do ok. 90ºC, gdzie zasoby geotermalne wynoszą w przybliżeniu 2,9*101J/km³.

Jeżeli chodzi o samą energię geotermalną to zarówno jej występowanie, odnawialność czy zależność od zmiany klimatu, pozwalają wykorzystać potencjał tejże energii do ogrzewania pomieszczeń oraz do przygotowania ciepłej wody użytkowej czy w zastosowaniu w rolnictwie.

Jednym z najbardziej wykorzystywanych nośników ciepła jest ciepło zgromadzone w złożach wód i par geotermalnych. Wydobywane są z głównie z głębokości czterech tysięcy metrów oraz powstałe ze skał, które charakteryzują się wysokimi parametrami porowości dzięki czemu ułatwia to akumulację ciepła.

Zasady wykorzystywania par i wód geotermalnych.

Parę wykorzystuje się do napędzania turbin, które są połączone wałem obrotowym z generatorem który wytwarza prąd elektryczny, natomiast woda geotermalna ma zastosowanie w pompach ciepła gdzie wydobywana przez otwory wiertnicze oddaje ciepło do w/w pomp ciepła a następnie przekazywana jest do urządzenia zasilającego sieć ciepłowniczą.

Poza parami i wodami geotermalnymi w coraz większym stopniu odzyskuje się ciepło zawarte w gruncie a wszystko za pomocą właśnie pomp ciepła z płytkich partii skorupy ziemskiej gdzie temperatura ich sięga kilkunastu stopni Celsjusza. W ten sposób można ogrzać pomieszczenie ale i także je ochłodzić.

Źródłami ciepła są także suche gorące skały krystaliczne nie zawierają one par ani wód geotermalnych. Skały te powiązane są z strefami ryftowymi oraz subdukcji. Polega to na eksploatacji odbioru ciepła z wody zatłaczanej do stref szczelinowatości a wszystko odbywa się dzięki otworowi który pełni w tym procesie rolę produkcyjną i chłonną. Takiego rodzaju technologia cały czas jest na etapie badań eksperymentalnych.

Energia geotermalna jest to głównie nic innego jak wykorzystywanie par i wód geotermalnych, przez otwory wiertnicze.

Ciśnienie, kształt zbiornika i rzeźby powierzchni terenu dzięki tym trzem czynnikom wyróżniamy takie złoża jak:

Złoże artezyjskie posiadają samoczynny wypływ wody geotermalnej, po wykonaniu odwiertu, wiąże się to z występowaniem warstw wodonośnych pod ciśnieniem hydrostatycznym,

Złoże subartezyjskie występuje w strefach niskich ciśnień hydrostatycznych gzie słup wody geotermalnej nie przekracza powierzchni terenu.

Do kompletnej oceny możliwości eksploatacji o złożu potrzebne są niezbędne informacje takie jak, potwierdzenie występowania poziomu wodonośnego, pobranie próbki wody złożowej oraz zakumulowanej w nim energii. Wszystko to uzyskuje się poprzez opróbowanie geotermalnych poziomów wodonośnych.

Ważną kwestią jest wykonanie odwiertu geotermalnego. Polega ona na wykonaniu otworu w strukturze skały poprzez obracający się po dnie otworu świdrze, na którym wywierany jest nacisk osiowy. Urobek powstały po wierceniu usuwany jest na zewnątrz przez płuczki wiertnicze. Wyróżniamy otwory pionowe, kierunkowe czyli tzw. skośne a także z końcowym odcinkiem poziomym. To na podstawie ilości wykonanych odwiertów jak i sposobie wydobycia wód geotermalnych wyróżnia się systemy jednootworowe, dwutorowe czy trzytorowe.

Zastosowanie pierwszego systemu (jednotorowy) jest bardzo rzadkie, a właściwie w przypadkach niewystarczającego zapotrzebowania na ciepło. Jest to układ oparty na wykorzystaniu jednego otworu wiertniczego, którym eksploatowana woda termalna, a po oddaniu części ciepła w wymienniku ciepła jest wykorzystywana do celów przemysłowych, rolniczych lub rekreacyjnych, oczywiście jeżeli spełnia wymagane warunki.

Wadą takiego układu jest fakt iż istnieje możliwość wyczerpania złoża przy zbyt długim okresie eksploatacji, oraz szkody wpływające na środowisko wód powierzchniowych, (konieczność chłodzenia wody do zbiorników retencyjnych). Zaletą są niskie koszty na etapie inwestycji.

System dwutorowy (dublet geotermalny) posiada otwór produkcyjny oraz otwór chłonny. Rozwiązanie stosowane najczęściej w eksploatacji wód geotermalnych.. Jego zaletą jest duża wydajność eksploatacyjna w przypadku wpływających korzystnie warunków złożowych. Woda geotermalna wydobywana jest otworem produkcyjnym a następnie oddaje ciepło w wymienniku ciepła do wody obiegowej, tam następnie schłodzona zatłaczana otworem chłonnym do złoża. Takie rozwiązanie spełnia przede wszystkim wymogi ochrony środowiska, zapewnia odnawialność złoża oraz utrzymuje jego parametry eksploatacyjne.

Został jeszcze system trzytorowy jak sama nazwa wskazuje składa się z więcej niż dwóch otworów wiertniczych. W jego skład najczęściej wchodzą : jeden otwór produkcyjny i dwa chłonne. Po oddaniu ciepła woda jest zatłoczona do złoża, przy czym tempo jej wydobycia nie powinno przekraczać szybkości ponownego jej ogrzania we wnętrzu Ziemi.

W przypadku spadku temperatury wydobywanej wody geotermalnej istnieje możliwość wykonania nowych otworów eksploatacyjnych oddalonych od tych pierwotnie istniejących w taki sposób aby wychłodzona strefa złoża mogła zostać ponownie nagrzana do pierwotnej temperatury.