Geotermalna energia

Je geotermรกlna energia budรบcnosลฅou aj pre Slovensko?

Partneri sekcie:

ฤฝudia sa stรกle uฤia vyuลพรญvaลฅ geotermรกlnu energiu (GE) na rรดzne รบฤely. Celรฉ stรกroฤia sa pritom vyuลพรญvali geotermรกlne pramene na kรบpanie, vykurovanie aย varenie, no aลพ na zaฤiatku 20. storoฤia zaฤali ฤพudia zvaลพovaลฅ, ฤi teplo zo Zeme nie je aj praktickรฝ zdroj energie sย veฤพkรฝm energetickรฝm potenciรกlom.

Geotermรกlna energia predstavuje prรญrodnรฉ teplo zeme, ktorรฉ vznikรก rozpadom rรกdioaktรญvnych lรกtok a pรดsobenรญm slapovรฝch sรญl (vyvolanรฝch gravitaฤnรฝm poฤพom kozmickรฝch telies). Medzi povrchovรฉ prejavy GE patria erupcie sopiek, gejzรญrov, horรบcich prameลˆov, ale aj parnรฝch vรฝronov, priฤom tieto prejavy sรบ najspoฤพahlivejลกรญmi ukazovateฤพmi existencie geotermรกlnych zdrojov. Tie sa ฤasto nazรฝvajรบ skrytรฉ alebo neobjavenรฉ zdroje. Vo vลกeobecnosti sa predpokladรก, ลพe poฤet neobjavenรฝch, resp. skrytรฝch zdrojov je podstatne vรคฤลกรญ ako poฤet objavenรฝch zdrojov [6].

V sรบฤasnosti naลกla GE uplatnenie v mnohรฝch odvetviach. Vyuลพรญva sa na vรฝrobu elektrickej energie, vykurovanie a chladenie budov aj na priemyselnรฉ procesy ako suลกenie dreva a reziva, spracovanie buฤiny a papiera, v poฤพnohospodรกrstve na pestovanie ovocia a zeleniny, temperovanie pรดdy a mnohรฉ ฤalลกie. GE sa stala ekologickรฝm a spoฤพahlivรฝm zdrojom energie.

Mnohรฉ pozitรญva z nej robia jeden z kฤพรบฤovรฝch zdrojov udrลพateฤพnej energie budรบcnosti. Doteraz sa pritom na svete vyuลพรญva len malรก ฤasลฅ geotermรกlneho energetickรฉho potenciรกlu, ฤo nechรกva priestor na rast a rozvoj v odvetviach vรฝroby elektrickej energie a priameho vyuลพitia v sรบstavรกch centralizovanรฉho zรกsobovania teplom (SCZT) [9].

Zdroje geotermรกlnej energie

Vo vลกeobecnosti rozoznรกvame vysokoteplotnรฉ aย nรญzkoteplotnรฉ zdroje GE. Vysokoteplotnรฉ zdroje (sย teplotou nad 150 ยฐC) sa mรดลพu vyuลพรญvaลฅ na vรฝrobu elektrickej energie. Tieto zdroje sa nachรกdzajรบ vย oblastiach, vย ktorรฝch je magma blรญzko zemskรฉho povrchu. Najdรดleลพitejลกia aย najviac rozลกรญrenรก oblasลฅ sa nazรฝva Pacifickรฝ kruh alebo โ€žohnivรฝ pรกsโ€œ, nachรกdza sa na rozhranรญ americkรฉho aย รกzijskรฉho kontinentu aย obkolesuje Pacifickรฝ oceรกn. Tรกto oblasลฅ zahล•ลˆa vลกetky krajiny Latinskej Ameriky aย tieลพ Kaliforniu, Aljaลกku, Kamฤatku, Japonsko, Filipรญny, Indonรฉziu aย siaha aลพ po Novรฝ Zรฉland [1].

Nรญzkoteplotnรฉ zdroje GE (sย teplotou niลพลกou ako 150 ยฐC) sa vyuลพรญvajรบ hlavne na priame vyuลพitie tepla aย na vyuลพitie tepla vย SCZT. Priame vyuลพitie tepla predstavuje jeden zย najstarลกรญch aย najviac vลกestrannรฝch spรดsobov vyuลพitia energetickรฉho potenciรกlu. Tieto systรฉmy nรกjdu uplatnenie vย poฤพnohospodรกrskych zariadeniach, ale najฤastejลกie sa vyuลพรญvajรบ vย rekreaฤnรฝch aย vย balneologickรฝch zariadeniach. Nรญzkoteplotnรฉ zdroje sa vyuลพรญvajรบ hlavne vย krajinรกch Eurรณpskej รบnie, naprรญklad vย Taliansku aย Grรฉcku, vo Francรบzsku, vย ล panielsku, Maฤarsku aย Portugalsku, ale aj na Islande ฤi vย Rusku [1].

Obr. 1 Globรกlne vyuลพรญvanie GE na vรฝrobu elektrickej energie aย na nepriame vyuลพitie [9]
Obr. 1 Globรกlne vyuลพรญvanie GE na vรฝrobu elektrickej energie aย na nepriame vyuลพitie [9] |

Vyuลพitie GE vo svete

Predpokladรก sa, ลพe poฤet neobjavenรฝch zdrojov GE je podstatne vรคฤลกรญ ako poฤet uลพ objavenรฝch zdrojov โ€“ analรฝza energetickรฉho potenciรกlu GE ukรกzala, ลพe je 5- aลพ 10-krรกt vรคฤลกรญ ako potenciรกl geotermรกlnych zdrojov, ktorรฉ uลพ boli objavenรฉ. Jednou zย krajรญn, ktorรก mรก veฤพkรฝ potenciรกl GE, je Island. Vย geotermรกlnom hodnotenรญ krajiny sa neuvรกdzajรบ neobjavenรฉ zdroje.

Odhaduje sa, ลพe mnoลพstvo vyuลพitej elektrickej energie zย 28 objavenรฝch vysokoteplotnรฝch zdrojov predstavuje zhruba 10,4 % z celkovรฉho potenciรกlu vyuลพiteฤพnej elektrickej energie celej krajiny. Podฤพa geotermรกlneho prieskumu to znamenรก, ลพe celkovรฝ potenciรกl vyuลพiteฤพnej elektrickej energie je 9,6-krรกt vรคฤลกรญ ako objavenรฝ aย skutoฤne vyuลพรญvanรฝ energetickรฝ potenciรกl Islandu [2].

Odhad svetovรฉho geotermรกlneho energetickรฉho potenciรกlu predstavuje hodnotu, ktorรก sa zรญskala metรณdou objemovรฉho hodnotenia identifikovanรฝch (objavenรฝch) geotermรกlnych zdrojov. Vย tab. 1 je zhrnutรฝ prehฤพad odhadovanรฉho energetickรฉho potenciรกlu geotermรกlnych zdrojov vย rรกmci celรฉho sveta.

Hornรก hranica energetickรฉho potenciรกlu geotermรกlnych zdrojov sa zรญskala odhadom, dolnรก hranica energetickรฉho potenciรกlu geoยญtermรกlnych zdrojov sa zรญskala zย vรฝsledkov simulaฤnรฝch metรณd (Steingrimsson aย kol. 1992). Vรฝsledky zรญskanรฉ pomocou simulaฤnรฝch metรณd boli 4- aลพ 5-krรกt menลกie ako vรฝsledky zรญskanรฉ pomocou metรณdy objemovรฉho hodnotenia [2].

Ako sme uลพ uviedli, povrchovรฉ prejavy GE sรบ najspoฤพahlivejลกรญmi ukazovateฤพmi existencie geotermรกlnych zdrojov. Vย tab. 2 sรบ zhrnutรฉ poฤty aktรญvnych vulkรกnov aย tieลพ odhadovanรฝ geotermรกlny energetickรฝ potenciรกl na vรฝrobu elektrickej energie vo vybranรฝch krajinรกch sveta. Jeho suma (tab. 2) je 81,1 GWe, svetovรฝ potenciรกl sa odhaduje na 210 GWe. To znamenรก, ลพe 39 % zย celkovรฉho geotermรกlneho energetickรฉho potenciรกlu na vรฝrobu elektrickej energie je situovanรฝch vย deviatich krajinรกch sveta [2].

Podฤพa prieskumu Johna W. Lunda zย roku 2010 je jednou zย krajรญn, ktorรก vo veฤพkej miere vyuลพรญva GE, Island, kde viac ako 87 % obyvateฤพov vyuลพรญva vo svojich domovoch vykurovanie sย vyuลพitรญm GE, aย to prostrednรญctvom 30 SCZT. Aลพ 54 % celkovej spotreby energie vย krajine sa dodรกva zย priameho tepla aย elektrickej energie vyrobenej zย geotermรกlnych zdrojov.

Celosvetovo predstavuje inลกtalovanรก kapacita GE na priame vyuลพรญvanie 41 321 MWt, spotreba energie je pritom 346 386 TJ/r (96 228 GWh/r). Tรกto energia je distribuovanรก do 78 krajรญn sveta, priฤom prvรฝch 16 najvรคฤลกรญch spotrebiteฤพov je uvedenรฝch vย tab. 3 [3, 6].

Podฤพa prieskumu Alexandra Richtera zย roku 2020 sa poฤas roku 2019 zvรฝลกil celosvetovรฝ inลกtalovanรฝ vรฝkon na vรฝrobu elektrickej energie oย 759 MWe. Tento prieskum udรกva prรญrastok tepelnรฉho vรฝkonu poฤas roku 2019 vย rรดznych krajinรกch sveta. Prรญrastok aลพ 185 MWebol zaznamenanรฝ vย Indonรฉzii, 179 MWevย Turecku, aลพ 193,3 MWe vย Keni, 51,6 MWe vย Japonsku aย 27 MWe vย Mexiku [4].

โ€žVzhฤพadom na teplotu mรกme na Slovensku nรญzkoteplotnรฉ zdroje GE, ktorรฉ moลพno vyuลพรญvaลฅ len na priame vyuลพitie.โ€œ

Vyuลพitie GE na Slovensku

Slovensko je relatรญvne bohatรฉ na GE. Geologickรฉ prieskumy ukรกzali, ลพe celkovรฝ energetickรฝ potenciรกl GE na Slovensku je pribliลพne 400 MWt za predpokladu, ลพe sa geotermรกlna voda (GTV) nevracia do zeme cez reinjektรกลพne vrty [11]. Ak by to tak bolo, tepelnotechnickรฝ energetickรฝ potenciรกl by dosahoval hodnotu pribliลพne 5 500 MWt [8].

Vย sรบฤasnosti evidujeme na Slovensku 176 geotermรกlnych vrtov sย teplotou GTV od 40 do 130 ยฐC. Vzhฤพadom na teplotu ide oย nรญzkoteplotnรฉ zdroje GE, ktorรฉ moลพno vyuลพรญvaลฅ len na priame vyuลพitie. Celkovo sa uย nรกs GE vyuลพรญva vย 36 lokalitรกch, inลกtalovanรฝ vรฝkon dosahuje asi 215 MW, ฤo je pribliลพne 3,1 % zย celkovรฉho energetickรฉho potenciรกlu GE.

Na Slovensku sa GE vyuลพรญva najviac na rekreaฤnรฉ รบฤely โ€“ ide aลพ oย 60 % zย celkovรฉho inลกtalovanรฉho tepelnรฉho vรฝkonu. Svoje vyuลพitie si naลกla aj vย SCZT, aย to na รบrovni pribliลพne 17 %. GE moลพno vyuลพiลฅ aj vย potravinรกrskom ฤi textilnom priemysle aย vย poฤพnohospodรกrstve, kde sa vyuลพรญva najmรค na vykurovanie sklenรญkov aย fรณliovnรญkov na รบrovni asi 17 % zย celkovรฉho inลกtalovanรฉho tepelnรฉho vรฝkonu. Oย nieฤo menej znรกme vyuลพitie GE je vย rybnom hospodรกrstve aย pri suลกenรญ dreva. Vย tab. 5 je zhrnutรฉ vyuลพรญvanie GE na Slovensku na jednotlivรฉ รบฤely.

Vย tab. 4 je uvedenรฝ prehฤพad perspektรญvnych oblastรญ, vย ktorรฝch sa uskutoฤnili geotermรกlne vrty. Ich rozdelenie a mapa sรบ dostupnรฉ vย publikรกcii RNDr. Ondreja Franka aย kol. Atlas geotermรกlnej energie Slovenska zย roku 1995, priฤom tieto รบdaje boli doplnenรฉ oย najnovลกie รบdaje oย geotermรกlnych vrtoch na Slovensku. Zย tab. 4 vidieลฅ, ลพe najviac vrtov (42) sa nachรกdza vย Centrรกlnej depresii podunajskej panvy.

Zรกver

Najvรคฤลกou vรฝhodou GE je, ลพe ju neovplyvลˆujรบ striedania dลˆa sย nocou, klimatickรฉ podmienky ani zmena roฤnรฝch obdobรญ. Na druhej strane nemoลพno sย istotou zaruฤiลฅ ลพivotnosลฅ geotermรกlneho zdroja, pretoลพe ani geologickรฝm prieskumom sa nedajรบ predvรญdaลฅ zmeny vย jednotlivรฝch vrstvรกch zemskej kรดry.

Vย dlhodobom procese vyuลพรญvania GE sa vyrieลกilo mnoลพstvo nedostatkov geotermรกlnych energetickรฝch systรฉmov (GES), aย to vฤaka optimalizรกcii zapojenia systรฉmu na jeho efektรญvne vyuลพรญvanie, vรฝvoju materiรกlov odolnรฝch vย styku sย GTV aย pod. Stรกle vลกak existuje vรฝznamnรฝ energetickรฝ potenciรกl na zlepลกenie hospodรกrnosti prevรกdzky GES.

Na Slovensku je 36 oblastรญ aย ลกtruktรบr sย akumulรกciou geotermรกlnej vody sย teplotou od 40 do 130 ยฐC, teda vhodnรฝch na vyuลพitie na vรฝrobu elektrickej energie, zabezpeฤenie potreby tepla sรญdiel โ€“ vykurovanie stavebnรฝch objektov, na vetranie aย klimatizรกciu, prรญpravu teplej vody, ako aj na vyuลพitie vย potravinรกrskom aย textilnom priemysle aย vย rekreaฤnรฝch zariadeniach vย podobe termรกlnych kรบpalรญsk. Okrem priameho vyuลพitia sa ako sฤพubnรก aplikรกcia ukazuje kombinรกcia GE sย tepelnรฝmi ฤerpadlami, priฤom sa efektรญvne vyuลพรญva nรญzkopotenciรกlne teplo, ktorรฉ by sa inรฝm spรดsobom nedalo vyuลพiลฅ.

Zvรฝลกenie miery vyuลพรญvania dostupnรฉho energetickรฉho potenciรกlu

Vyuลพรญvanie energetickรฉho potenciรกlu GTV vลกak nie je vลพdy optimรกlne, na zvรฝลกenie miery vyuลพรญvania dostupnรฉho energetickรฉho potenciรกlu preto odporรบฤame:

  • Vychรกdzaลฅ z danostรญ geotermรกlneho vrtu. Podstatnรฉ sรบ mnoลพstvo GTV alebo vรฝdatnosลฅ v l/s (voฤพnรฝm prelivom alebo ฤerpanรญm pomocou hlbinnรฉho ponornรฉho ฤerpadla zabudovanรฉho do vrtu), teplota GTV na hlave vrtu (podstatne urฤuje, na akรฉ odbernรฉ miesta moลพno GE vyuลพรญvaลฅ) a chemickรฉ zloลพenie (ovplyvลˆuje spรดsob vyuลพรญvania GE priamo do odbernรฝch miest alebo cez zabudovanรฝ vรฝmennรญk tepla).
  • Vyuลพรญvaลฅ GE v zรกkladnom zaลฅaลพenรญ (vรฝroba elektrickej energie, vykurovanie, vetranie a klimatizรกcia, prรญprava TV, prรญpadne inรก technolรณgia). ล piฤkovรก energia by sa mala dodรกvaลฅ z doplnkovรฉho zdroja tepla na uลกฤพachtilรฉ palivo, prรญpadne na biomasu.
  • Vypracovaลฅ pre rieลกenรบ lokalitu podrobnรบ tepelnรบ bilanciu (potreba tepla) zรกsobovanรฝch objektov s ohฤพadom na prรญpojnรฉ hodnoty v kW a zvoliลฅ si prรญsluลกnรฉ teplotnรฉ spรกdy na jednotlivรฝch stupลˆoch vyuลพรญvania.
  • Pri jestvujรบcom alebo navrhovanom GES sa pouลพije monitorovacรญ a riadiaci systรฉm, ktorรฝ bude sledovaลฅ okamลพitรบ spotrebu energie a bude riadiลฅ jednotlivรฉ odbernรฉ miesta a vyuลพรญvanie GE podฤพa vopred stanovenรฝm priorรญt (maximรกlne vyuลพitie dostupnรฉho energetickรฉho potenciรกlu).
  • Monitorovacรญm a riadiacim systรฉmom kontinuรกlne sledovaลฅ a vyhodnocovaลฅ รบฤinnosลฅ vyuลพรญvania GE na jednotlivรฝch stupลˆoch vyuลพรญvania. Experimentรกlne merania a poฤรญtaฤovรฉ simulรกcie pomรดลพu optimalizรกcii prevรกdzky.

Efektรญvne vyuลพitie GE pomรดลพe naplniลฅ ciele stratรฉgie Eurรณpa 2020, ktorรก zavรคzuje Slovenskรบ republiku podฤพa smernice ฤ.โ€†2010/31/Eรš zย 19. mรกja 2010 oย energetickej hospodรกrnosti budov znรญลพiลฅ spotrebu energie oย 20 % do roku 2020, zvรฝลกiลฅ podiel obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie oย 20 % do roku 2020 aย znรญลพiลฅ tvorbu sklenรญkovรฝch plynov oย 20 % do roku 2020.

TEXT: Ing. Anna Predajnianska, prof. Ing. Jรกn Takรกcs, PhD.

Autori pรดsobia na Katedre technickรฝch zariadenรญ budov Stavebnej fakulty STU vย Bratislave.

ฤŒlรกnok bol publikovanรฝ v ฤasopise TZB 03/2020. ย 

Literatรบra

1. European Commission: CESEN, BRGM, ETSU, GTN, ORKUSTOFNUN โ€“ Blue book on geothermal resources, Luxemburg, 1999, 49 โ€“ 50 pp.
2. Stefansson, V.: World Geothermal Assessment. World Geothermal Congress, Antalya, Turkey, 24. โ€“ 29. April 2005, 1 โ€“ 6 pp.
3. Lund, J.W.: Direct utilization of Geothermal Resources Worldwide. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, Oregon, USA, 2 โ€“ 3 pp.
4. Richter, A.: The top 10 Geothermal Countries 2019 โ€“ based on installed generation capacity. Article on website Think Geoenergy.

5. Bartko, L. aย kol.: Vyuลพitie geotermรกlnej energie vย podmienkach Slovenska. Koลกice, 2014, str. 307.
6. Lund, J. W. โ€“ Ruggero, B. โ€“ Boyd, T. L.: Worldwide geothermal energy utilization 2015. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, Oregon, Pisa, Italy, 2015, 4 โ€“ 7 pp.
7. Aliyu, S. โ€“ Garba, M. M.: Review on Current Global Geothermal Energy Potentials and the Future Prospects. Department of Physic, Faculty of Science, Usmanu Danfodiyo University Sokoto, Nigeria, Atricle in International Journal of Advances in Scientific Research and Engineering, Nigeria, April 2019, 4 pp.

8. Franko, O. aย kol.: Atlas geotermรกlnej energie Slovenska, Geologickรฝ รบstav Dionรฝza ล tรบra vย Bratislave, Bratislava, 1995, str. III-13, str. I-9 โ€“ I-11.
9. International Geothermal association โ€“ Geothermal quick guide, 2018.
10. Petrรกลก, D. aย kol.: Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie pre nรญzkoteplotnรฉ systรฉmy. Bratislava: JAGA, 2009, str. 49.
11. Takรกcs, J.: Possibility of Geothermal Waterโ€™sย Using in Geothermal Energy Systems. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. 61(4), pp. 272, 2017
https://doi.org/10.3311/PPme.10546.
12. Fendek, M. aย kol.: Geotermรกlna energia Slovenska. Vydavateฤพstvo UK, Bratislava, 2005, str. 122.