Geotermálna energia (prehľad)

Teplo pod povrchom Zeme je jedným z najväčších zdrojov, ktorý je takmer nevyčerpateľný. Obnovuje sa čiastočne. Zem nepretržite uvoľňuj svoje teplo, pričom teplota zemského obalu stúpa úmerne s rastúcou hĺbkou. Tzv. geotermálny gradient hovorí, že s každým kilometrom sa prostredie pod povrchom zeme otepľuje o 20 – 40 °C.

Využitie geotermálnej energie na výrobu elektriny je najrozšírenejšie na miestach s geologickými poruachmi (miesta tektonických zlomov), kde postačujú vrty s hĺbkou 2 až 4 km. Táto hĺbka poskytuje dostatočne veľké teplo pre tvorbu pary, ktorá dokáže poháňať elektrickú turbínu.

Negatívom geotermálnej energie je, že vŕtanie hlbšie ako 5 km je finančne náročné a s rastúcou hĺbkou cena rastie cena exponenciálne. Ide o dôsledok nedostatkov súčasných konvenčných technológií vŕtania.

Potenciál geotermálnej energie je obrovský, no technologicky, finančne aj časovo veľmi náročný pre využitie. Na rozdiel od ostatných druhov OZE sa dokáže premieňať na elektrickú energiu nepretržite celých 24 hodín, bez výraznejších výkyvov alebo výpadkov. Dostupnosť geotermálnej energie dosahuje štatisticky až 97 %. V porovnaní so slnečnou či veternou energiou je preto podstatne spoľahlivejším zdrojom aj z pohľadu stability elektrickej prenosovej siete.

Geotermálne elektrárne delíme na:

• Elektrárne s prehriatou parou  – para vychádzajúca priamo z vrtu, po separácii vody poháňa parnú turbínu s generátorom. Ich výkon nie je väčší ako 3 MW.
• Elektrárne s horúcou vodou  – geotermálna voda s vysokým tlakom a teplotou sa v expanderi premení na mokrú paru. Tá poháňa parnú turbínu s generátorom.
• Elektrárne s binárnym cyklom  – geotermálna voda s teplotou nad 130 °C vo výmenníku zohreje kvapalinu s nízkym bodom varu, ktorej para poháňa expanznú turbínu spojenú s generátorom elektrickej energie.

TÉMY

Emisie

Geotermálna energia sa vo všeobecnosti považuje za čistý energetický zdroj s nulovými dôsledkami pre životné prostredie z hľadiska emisií skleníkových plynov. Toto tvrdenie nie je úplne pravdivé, pretože parovodná zmes z geotermálnych zdrojov obsahuje rozpustené plyny, predovšetkým oxid uhličitý CO2, sírovodík H2S, metán CH4 a čpavok NH3. V porovnaní v ostatnými zdrojmi sú však emisie vyprodukované na jednotku energie štatisticky výrazne nižšie. Geotermálna energia je preto ekologicky lepšou alternatívou.

Chemické zloženie geotermálnych vôd

Geotermálne zdroje majú okrem ťažobného aj reinjektážny vrt. Z environmentálnych dôvodov sa  ochladené vody spolu so škodlivými plynmi a soľami vracajú cez reinjektážny vrt naspäť do zemskej kôry.  Ich priame vypúšťanie do vodných tokov by spôsobilo znečistenie. Zloženie termálnej vody je mimoriadne agresívne. Obsahuje široké spektrum minerálov, ktoré sú schopné po sedimentácii na vzduchu znečistiť okolie prameňa. Geotermálnu vodu je preto nutné preniesť do úžitkovej a ekologicky čistej podoby. Riešením je prehnanie vody cez výmenník a jej efektívne vrátenie do podzemia. Nevýhodou je klesajúca účinnosť výmenníka, ktorú spôsobuje zanášanie jeho priestorov minerálmi. Rozpúšťanie vzniknutých sedimentov, či pravidelná  výmena potrubia zvyšujú ekonomicko-technologickú náročnosť využívanie geotermálnej energie.

Riziko zemetrasenia

Využívanie geotermálnej energie nesie so sebou aj riziko vyvolania seizmickej aktivity. Napríklad výstavba geotermálnej elektrárne a teplárne vo švajčiarskom Bazileji bola v roku 2006 zastavená v dôsledku umelo vyvolaných zemetrasení. Elektráreň bola založená na systéme „hot dry rock“. Ten využíva vrty do hĺbky viac ako 3 km s teplotou nad 100 °C, pričom vŕta do geologických formácií bez prirodzeného výskytu vody. Následne sa preto do vrtu vtláča voda pod vysokým tlakom, aby okolitá hornina popraskala a v systéme prasklín sa vytvoril rezervoár slúžiaci na ohrev umelého okruhu vody.

Seizmické otrasy pri tomto procese sú bežné. Po vzniku rezervoára s objemom jedného kubického kilometra sa navŕtajú ďalšie studne, cez ktoré sa ohriata kvapalina odoberá. V prípade geotermálnej elektrárne v Bazileji sa po vytvorení injekčného vrtu v hĺbke 5 km začalo  v decembri 2006 s tlakovaním kvapaliny. Už o 5 dní bol proces zastavený, lebo oblasť okolo Bazileja zasiahlo zemetrasenie so stupňom 3,4 seizmickej stupnice. Geotermálny projekt prevádzkovalo konzorcium Geopower Basel (GPB). Bolo nútené zaplatiť všetky vzniknuté škody, ktoré sa vyšplhali na 9 miliónov dolárov. Švajčiarske úrady neskôr rozhodli o definitívnom uzavretí elektrárne.

Prípad Bazileja nie je vo svete ojedinelý. Zemetrasenia vyvolala i francúzska geotermálna elektráreň neďaleko Soultz-sous-Forets, či elektráreň pri meste Landau v Nemecku. Obe sa však nachádzajú ďaleko od veľkých miest, takže škody sú neporovnateľne menšie než vo švajčiarskom prípade. Soultz-sous-Forets sa síce označuje za európsku „Mekku“geotermálneho prístupu „Hot Dry Rock“, no v súčasnosti sa tam využívajú predovšetkým konvenčné hydro-termálne technológie. Projekt Landau je vôbec prvou čisto komerčnou geotermálnou elektrárňou v Nemecku.

Finančné náklady

Najvypuklejším problémom pri využití geotermálnej energie je faktor finančnej nákladovosti. Samotná realizácia geotermálnych vrtov pokrýva viac ako polovicu nákladov. Najnákladnejšie vrty sú tie s hĺbkou väčšou ako 3 kilometre, kedy začína krivka výdavkov rásť exponenciálne.

GEOTERMÁLNA ENERGIA NA SLOVENSKU

Slovenská republika je relatívne bohatá na geotermálne zdroje. Geologické prieskumy naznačujú, že celkový potenciál geotermálnej energie SR činí cca 5,5 tis. MW výkonu. Evidovaných je 116 geotermálnych vrtov s teplotou v rozmedzí od 18 do 129 °C.

Slovensko má obrovský potenciál najmä v súvislosti s vykurovaním horúcou geotermálnou vodou. Veľkou výhodou je, že vďaka lokálnym geologickým podmienkam netreba vytvárať umelé vodné okruhy. Horúca geotermálna voda je pod zemou prítomná prirodzene. Vykurovanie si navyše nevyžaduje príliš vysoké teploty, na rozdiel od geotermálnych elektrární. Pre technologické limity a nedostatočné financovanie nemajú na Slovensku geotermálne elektrárne svoju tradíciu. V príprave je však  pilotný a dlhodobo pripravovaný projekt prvej geotermálnej elektrárne v Košickej kotline, ktorú vyvíjajú spoločne firmy Slovenský plynárenský priemysel (SPP) a Teplárne Košice (TEKO).

Využitie

Geotermálna energia sa u nás využíva už niekoľko desaťročí, v minulosti najmä v poľnohospodárstve. Dnes sa využíva predovšetkým na vykurovanie budov a rekreačné účely, celkovo v 36 lokalitách Slovenska. Využívaný tepelný výkon dosahuje 131 MW, čo je podiel 2,3 % z celkového potenciálu geotermie.  Príčinu neuspokojivého využívania tohto zdroja možno hľadať vo vysokých finančných nárokoch na realizáciu geotermálnych vrtov, či zabezpečenie potrebnej technológie. Problémom je tiež nízke povedomie o možnostiach podpory z verejných zdrojov pre geotermálne projekty.

Míľniky

• 1971: Začal systematický výskum zdrojov geotermálnej energie na Slovensku „Geotermálna energia”. Realizátorom bol Štátny geologický ústav Dionýza Štúra. Výskum vymedzil 26 perspektívnych oblastí na energetické využívanie. Potenciál geotermálnej energie Slovenska bol ohodnotený na 5538 MW, tvoria ho predovšetkým geotermálne vody.
• 1993: Vláda SR schválila Stratégiu, zásady a priority štátnej environmentálnej politiky. Obsahuje aj požiadavku ďalšieho hodnotenia perspektívnych geotermálnych oblastí.
• 1996: Vláda SR schválila Koncepcia využitia geotermálnej energie SR. Ministerstvo životného prostredia dostalo za úlohu zabezpečiť regionálny výskum perspektívnych geotermálnych oblastí. Pokračovanie stanovených geologických prác v sebe zahŕňali  Národná stratégia trvalo udržateľného rozvoja (2001) a Koncepcia geologického výskumu a prieskumu územia SR do roku 2006 (2002).

PROJEKT PRVEJ GEOTERMÁLNEJ ELEKTRÁRNE NA SLOVENSKU

Najperspektívnejšou oblasťou využitia geotermálnej energie na Slovensku je ložisko v Košickej kotline s rozlohou 200 km2. Strategické je najmä územie obcí Svinica, Ďurkov, Bidovce a Olšovany. Ptenciál oblasti bol objavený počas veľkého prieskumu so zameraním na objavovanie ložísk uhľovodíkov ešte z čias ČSSR.. Boli tu objavené pramene s teplotou 120 – 160 °C, ktoré sa nenachádzajú hlbšie ako 3 km.

História a súčasnosť

O výstavbe geotermálnej elektrárne v Košickej kotlive sa uvažuje od roku 1990  na výrobu elektriny z geotermálnej energie bol navrhnutý už v roku 1990. Počítal s vybudovaním geotermálnej elektrárne s výkonom 5 MW, pričom zvyškové teplo by sa využívalo na vykurovanie okolitých objektov. Projekt sa nakoniec nerealizoval, otváril sa opäť až po 20 rokoch, pričom prvá elektrina by sa mala vyrábať od roku 2012.

V rokoch 1998 a 1999 sa vyvŕtala trojica viac ako tri kilometre hlbokých podzemných vrtov. Prvý z nich bol financovaný programom EÚ na základe dohody o porozumení medzi EÚ a spoločnosťou Slovgeoterm. Nasledovali testy, seizmické pozorovania a hydrodynamické skúšky, prostredníctvom ktorých sa vyhodnotil potenciál geotermálneho zdroja. Boli realizované s finančným prispením Dánska, na základe zmluvy o environmentálnom partnerstve s dánskou vládou (fond DEPA). Výdatnosť zdroja sa stanovila na 50 – 65 litrov za sekundu, teplota na ústí vrtov dosahovala 123-129 °C. Vedecké štúdie vyhodnotili výkon nevyužitého tepelného zdroja na 100 MW.

V súčasnosti sa na projekte Geoterm spolupodieľajú Slovenský plynárenský priemysel (SPP), Teplárne Košice (TEKO), Košický samosprávny kraj a Ministerstvo hospodárstva SR. Podľa štúdie realizovateľnosti by elektráreň mala mať inštalovaný výkon 3,5 MW a zásobovať elektrinou by mohla 11 tis. domácností. Celkové náklady predstavujú 30 miliónov eur. Ich návratnosť sa odhaduje na 15 rokov.

V prvej fáze projektu sa plánuje realizovať výhradne geotermálna elektráreň, až neskôr príde k využívaniu zvyškového tepla pre vykurovanie, či rekreačné aktivity. Odhaduje sa, že geotermálny zdroj by mal pokryť 40 % ročnej spotreby tepla mesta Košice.

VÝVOJ VRTNEJ PLATFORMY ULTRADRILL

Na Slovensku sa v ostatných mesiacoch vyvíja unikátna technológia pre bezkontaktné ultra-hĺbkové vŕtanie ULTRADRILL. Od konvenčných metód sa líši tým, že na rozrušovanie horniny nepoužíva klasický vrták, ale pôsobenie plazmy v kombinácii s vysokotlakovým vodným lúčom. Zámerom vývojárskej spoločnosti Geothermal Anywhere je priniesť metódu pre vŕtanie do hĺbok 6-10 km s tým, aby sa zastavil exponenciálny rast nákladov na vŕtanie a znížilo sa riziko vyvolania seizmickej činnosti. Filozofia tvrdí, že kdekoľvek na svete, bez ohľadu na geologické podmienky sa v hĺbkach 6 – 10 km nachádza teplo, ktoré je dostatočné na prevádzkovanie geotermálnej elektrárne. Bezkontaknté ultra-hĺbkové vŕtanie by mohlo nájsť uplatnenie aj v uhľovodíkovom ťažobnom priemysle.

Výskum a vývoj slovenskej bezkontaktnej vrtnej platformy sa podporuje aj z verejných zdrojov. V januári 2010 získali participujúce organizácie dotáciu zo štrukturálnych fondov EÚ (operačný program Výskum a vývoj) v podobe nenávratného finančného príspevku 2,64 mil. eur. Na výskume a vývoji sa aktívne podieľajú i Slovenská akadémia vied (SAV) a niektoré technologicky orientované katedry slovenských univerzít.

POZÍCIE

„Slovensko má geotermálny potenciál najmä na vykurovanie horúcou geotermálnou vodou. Vykurovanie si nevyžaduje príliš vysoké teploty geotermálnej vody. Geologické podmienky na Slovensku sú vhodne v tom zmysle, že netreba vytvárať umelé vodné okruhy, ale geotermálne zohriata voda je pod zemou prítomna prirodzene. Na druhej strane, na generovanie elektrickej energie sú potrebné oveľa vyššie teploty, ktoré pri súčasných technológiách na Slovensku získať nedokážeme,“ hovorí Igor Kočiš z Agentúry pre geotermálnu energetiku (AGEO).

K téme