Skleníkové hospodárstvo v Hornej Potôni

V rámci geotermálneho energetického systému sa tu využívajú najmodernejšie technológie na zabezpečenie potreby tepla na vykurovanie miestnych skleníkov. Hospodárne využívanie geotermálnej energie (GE) v poľnohospodárstve je v súčasnosti pomerne ojedinelé, nájdu sa však aj svetlé výnimky, o ktorých treba hovoriť.

Tento článok sa venuje otvorenému geotermálnemu energetickému systému (OGES), v rámci ktorého sú využité najmodernejšie technológie – a to konkrétne v Hornej Potôni (v okrese Dunajská Streda), kde sa práve moderné technológie postarajú o vykurovanie objektov určených na pestovanie špeciálnych odrôd paradajok v skleníkoch.

Využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE) prináša zníženie našej závislosti od dodávok fosílnych palív, hlavne zemného plynu z Ruska, a zároveň aj ďalšie energetické, ekonomické a ekologické výhody. Podpora využívania OZE je zakotvená aj v smernici EÚ č. 31/2010 z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov, podľa ktorej sa predpokladá zvýšenie podielu OZE o 20 % a zníženie tvorby skleníkových plynov o 20 %. Slovenská republika však v tomto smere zaostáva a v aplikácii OZE má ešte značné rezervy. Na našom území je pritom nadpriemerné množstvo obnoviteľných zdrojov v podobe geotermálnej energie. Jej zaradenie do energetických sústav zásobovania teplom je však, žiaľ, až na niektoré svetlé výnimky veľmi zriedkavé.

Obr. 1 Geotermálny vrt VHP-12-R v Hornej Potôni

Zdroj geotermálnej vody v Hornej Potôni

Horná Potôň sa nachádza v juhozápadnej časti Slovenska, v Trnavskom samosprávnom kraji na území Podunajskej nížiny, v centrálnej depresii, podunajskej panvy, medzi Bratislavou (35 km) a Dunajskou Stredou (11 km) a medzi Dunajom a Malým Dunajom. V roku 1985 sa tu realizoval geotermálny vrt s označením VHP-12-R (obr. 1) a v roku 1987 geotermálny vrt s označením FGHP-1. Hlavné energetické parametre oboch vrtov sú zobrazené v tab. 1. Z tab. 1 vyplýva, že pri voľnom prelive z oboch vrtov dostaneme výdatnosť mcelk.= 42,3 l/s. Ak by sme vychladili geotermálnu vodu (GTV) z teploty na hlave vrtu Ѳ1 = 68 °C na referenčnú teplotu Ѳ2 = 25 °C, mohli by sme využiť energetický potenciál na úrovni Ecelk. = 7 615,7 kW tepelnej energie.

V reálnych podmienkach sa táto teplota nepodarí dosiahnuť z technických príčin, lebo v systéme sa využíva len jeden doskový výmenník tepla. V prechodnom období a v zimných mesiacoch sa využije vyťažená GTV, ktorá pokryje potreby tepla na vykurovanie skleníkového hospodárstva. Jednoznačne treba povedať, že ide o pomerne výdatný zdroj energie. Ak by sme chceli dosiahnuť referenčnú teplotu Ѳ2 = 25 °C, potrebovali by sme druhý, prípadne tretí doskový výmenník tepla, ktoré by boli zaradené za sebou. Tieto výmenníky tepla by zásobovali vykurovacie okruhy s nižšími teplotnými spádmi.

Obr. 2 Technologická schéma geotermálneho vrtu VHP-12-R

GTV sa z vrtu dopravuje vlastným tlakom do prístreška, kde sa odplyňuje. Potom sa dopravuje (dopravným kozlíkovým čerpadlom na betónovom základe s prietokom  83 m³/h = 23,0 l/s pri dopravnej výške H = 60 m) do strojovne, kde je napojená na primárnu stranu doskového výmenníka tepla. Tu sa GTV ochladí z teploty Ѳ1 = 68 °C približne na teplotu Ѳ2 = 40 až 45 °C. Na sekundárnu stranu sú napojené jednotlivé vykurovacie sústavy. Technologická schéma geotermálneho vrtu VHP-12-R v Hornej Potôni je zobrazená na obr. 2. Do zdroja tepla – tepelnej centrály – je zabezpečený prívod GTV aj z druhého vrtu FGHP-1, ktorého schéma je podobná ako na obr. 2. Geotermálna voda je vedená do doskového výmenníka, ktorý je na obr. 3. Na zabezpečenie dodávky tepla v zimnom období, resp. v prípade poruchy na vrtoch je k dispozícii špičkový zdroj tepla v podobe dvoch teplovodných kotlov spaľujúcich zemný plyn typu Buderus Logano S825 s tepelným výkonom Q1 = 1 700 kW. Celkový tepelný výkon špičkovej kotolne je Qcelk. = 3 400 kW.

Obr. 3 Doskový výmenník tepla

Objekty skleníkov

V lokalite Horná Potôň boli zvolené špeciálne riešenia skleníkov. Pestovateľská plocha tu predstavuje pôdorysnú plochu A = 6 ha, čo je v rámci pestovania paradajok najväčšie skleníkové hospodárstvo na Slovensku. Skleník je rozdelený betónovou plochou (cestou), ktorá slúži na prekladanie pozbieraných paradajok do prepraviek a na pohyb zamestnancov. Súčasťou hospodárstva je nádrž na CO₂ a akumulačná nádrž s objemom 2 600 m³. Zo stojatej valcovitej nádrže na CO₂ sa dopĺňa CO₂ pre potreby rastu pestovaných paradajok samostatným rozvodom do koreňového systému. V hornej časti skleníkov sa nachádzajú okenné tabule s možnosťou otvárania, ktorými sa zabezpečuje dostatočné a dôsledné vetranie, čo je pre pestované paradajky veľmi dôležité. Ochrana pred hmyzom a škodcami sa zabezpečuje umiestnením sieťovín do vetracích otvorov.

Vnútorná klíma v skleníkoch sa sleduje pomocou snímačov a počítačovo riadi na požadované parametre. Počítač paralelne riadi vetranie, zavlažovanie a dávkovanie živín, a to tak, že nastavuje automaticky elektrokonduktivitu v roztoku v závislosti od intenzity slnečného žiarenia a teploty vzduchu. Takisto koriguje vetranie – keď je zvýšená teplota, vetrá viac. Systém kontroluje aj vlhkosť vzduchu, čo je dôležité z hľadiska ochrany rastlín pred hubovitými chorobami. Hlavnou úlohou skleníkového hospodárstva je vytvoriť a udržiavať optimálne podmienky na chránené pestovanie rastlín (paradajok), nezávisle od vonkajších klimatických podmienok. Optimálne podmienky sú charakterizované súborom fyzikálnych veličín a parametrov, ktoré závisia od druhu pestovaných paradajok a požiadaviek na ich pestovanie. Medzi základné faktory ovplyvňujúce pestovanie paradajok patria svetlo, koncentrácia CO₂, prúdenie vzduchu, kolobeh vody a v neposlednom rade teplota vnútorného vzduchu a teplota hydropónneho podkladu. V skleníku sú umiestnené fólie, ktoré rozptyľujú svetlo, takže aj pri zamračenej oblohe zabezpečujú dostatočné svetelné podmienky potrebné na rast paradajok. Naproti tomu pri jasnej oblohe tlmia svetelné lúče, čím paradajkám takisto vytvárajú optimálne podmienky.

Technické riešenie

Pri skleníkovom hospodárstve sú základným zdrojom tepla dva spomínané geotermálne vrty FGHP-1 a VHP-12-1. GTV sa exploatuje voľným pretekaním a v prístreškoch sa odplyňuje. Po odplynení sa dopravuje do strojovne, kde odovzdáva teplo cez doskový výmenník tepla s tepelným výkonom QVYM = 7 000 kW teplonosnej látke pre vykurovacie sústavy. Primárnu stranu tvorí GTV s teplotným spádom 68/40 °C, sekundárna strana má teplotný spád 64/40 °C. Doskový výmenník tepla je na obr. 3.

Vychladiť teplonosnú pracovnú látku (vykurovaciu vodu) možno vďaka tomu, že sú za sebou zapojené viaceré vykurovacie sústavy do takýchto okruhov:

1. Okruh s najvyšším teplotným spádom: je dimenzovaný na výpočtový teplotný spád 64/50 °C; sú v ňom vykurovacie sústavy po obvode skleníkového hospodárstva s vykurovacími telesami s hladkými oceľovými rúrami.
2. Okruh s nižším teplotným spádom: je dimenzovaný na výpočtový teplotný spád 60/45 °C; tvoria ho hladké rúry, ktoré sú medzi pestovanými paradajkami, ide o tzv. vegetačné vykurovanie.
3. Okruh s najnižším teplotným spádom: je dimenzovaný na výpočtový teplotný spád 45/35 °C; tvoria ho oceľové rúry, ktoré zároveň slúžia ako dopravník pre vozíky.
4. Okruh na predohrev závlahovej vody: má výpočtový teplotný spád 35/20 °C a využije sa na napájanie hydropónneho podkladu, v ktorom sú zasadené sadenice paradajok.

Obr. 4 Pohľad na rozdeľovač a zberač vykurovania

Obeh teplonosnej látky v jednotlivých vykurovacích sústavách zabezpečujú obehové čerpadlá zabudované v potrubí. Úprava teploty teplonosnej látky sa uskutočňuje pomocou trojcestných zmiešavacích ventilov v závislosti od vonkajšej teploty vzduchu. Rozdeľovač a zberač vykurovania sú zobrazené na obr. 4. Vykurovacie sústavy sú na obr. 5 (1. okruh – po obvode skleníkov, s výpočtovým teplotným spádom 64/50 °C,), obr. 6 (2. okruh – hladké rúry slúžiace aj ako dopravník pre vozíky, s výpočtovým teplotným spádom 60/45 °C) a obr. 7 (3. okruh – oceľové rúry použité medzi pestovanými paradajkami, tzv. vegetačné vykurovanie, s výpočtovým teplotným spádom 45/35 °C). Potrebné množstvo CO₂ sa zabezpečí zo špeciálnej technologickej zostavy projektovanej na tento účel.

Obr. 5 Vykurovacie sústavy po obvode skleníkov (1. okruh)

Akumulačný zásobník GTV s celkovým objemom 2 600 m³ slúži na akumuláciu GTV v čase, keď je jej využívanie na zabezpečenie potreby tepla na vykurovanie neaktuálne. OGES je doplnený o špeciálny špičkový zdroj tepla pozostávajúci z dvoch teplovodných kotlov spaľujúcich zemný plyn (obr. 8), ktorý sme už bližšie opísali v kapitole o zdroji geotermálnej vody. Zavlažovanie paradajok sa uskutočňuje v špeciálne upravených žľaboch, kde sa prostredníctvom závlahovej vody dodávajú živiny potrebné na rast paradajok. Príprava závlahovej vody sa uskutočňuje v poslednom stupni využívania GTV.

Obr. 6 Vykurovacie sústavy medzi paradajkami, tzv. vegetačné vykurovanie (2. okruh)

Záver

Projektovanie a realizácia opisovaného otvoreného geotermálneho systému sa uskutočnili s pomocou holandských odborníkov, resp. holandskej technológie, v úzkej spolupráci odborníkov z Holandska a Slovenska. Kombinácia teplovodných a nízkoteplotných vykurovacích sústav (zapojených postupne za sebou) a obnoviteľnej energie (geotermálnej energie) je jednou z alternatív, ako zvýšiť podiel využívania OZE na celkovej spotrebe tepla v rámci Slovenska. Celá prevádzka sa riadi počítačom a všetky prevádzkové údaje sa zaznamenávajú v databáze počítača. Príklad Hornej Potône potvrdzuje, že aj na Slovensku sa dá podnikať v poľnohospodárstve, musí sa to však diať cielene a kvalitne.

Obr. 7 Vykurovacie sústavy – rúry slúžiace ako dopravník pre vozíky (3. okruh)

Pestované paradajky sa dodávajú do obchodných reťazcov na Slovensku, ale aj v celej Európe a dosahujú veľmi vysokú kvalitu. Uvedený príklad využívania GE v Hornej Potôni na poľnohospodárske účely môže byť vzorom, ako plniť záväzky, ktoré určuje smernica EÚ č. 2010/31 z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov, ktorá zaväzuje členské štáty, aby zvýšili energetickú efektívnosť a znížili spotrebu energie do roku 2020 o 20 %, zvýšili podiel energie z obnoviteľných zdrojov do roku 2020 o 20 % a tiež znížili emisie skleníkových plynov do tohto termínu o 20 %.

Foto: autor

Literatúra
1. PETRÁŠ, D. a kol.: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. Bratislava: JAGA, 2009, 224 s.
2. LULKOVIČOVÁ, O., TAKÁCS, J.: Netradičné zdroje energie – Prednášky. Vydavateľstvo STU, Bratislava: 2003, 138 s.
3. TAKÁCS, J.: Využívanie geotermálnej energie na vykurovanie fóliovníkov v Zemnom. 13. konferencia Nízkoteplotné vykurovanie na tému: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. SSTP, 22. – 23. 5. 2013, Wellness Hotel Šport Donovaly, s. 81 – 84.
4. POPOVSKI, K.: Geothermally Heated Greeenhouses in the World, Guideline and Proc. International Workshop on Heating Greenhouses with Geothermal Energy, Ponta Delgda, Azores, 1998, s. 42 – 48.
5. BOŽÍKOVÁ, J.: Využívanie prírodných minerálnych a liečivých vôd na Slovensku. In: Sanhyga 2010, 15. medzinárodná konferencia, Piešťany, 14. a 15. 10. 2010. Bratislava: SSTP, 2010.
6. KONTRA, J.: Hévízhasznosítás. Műegyetemi könyvkiadó, Budapešť, 2004.

doc. Ing. Ján Takács, PhD.
Autor pôsobí na Katedre TZB Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Recenzoval: Ing. Oto Halás

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.