Využívanie geotermálnej energie na energetické účely mesta Sereď

Záujmové územie, širšie okolie Serede, je z hľadiska geomorfologického členenia Slovenska súčasťou oblasti Podunajská nížina, celku Podunajská rovina, ktorá je ohraničená na severovýchode Podunajskou pahorkatinou. Do okolia Serede zasahujú z východnej strany Nitrianska tabuľa a zo severu Dolnovážska niva ako okrajové časti Podunajskej roviny. V tejto oblasti je overený výskyt geotermálnych vôd, a je teda zrejmé, že mesto leží v perspektívnej oblasti z hľadiska využívania geotermálnej energie.

 Mesto Sereď leží v juhozápadnej časti Slovenskej republiky v Podunajskej nížine na pravobrežnom vale Váhu. Katastrálne územie mesta leží po oboch stranách rieky Váh, ktorá preteká mestom, na ľavej strane Váhu však iba malou časťou. Mesto sa nachádza v severnej časti okresu Galanta v Trnavskom kraji, počet obyvateľov je 17 526 (rok 2004), rozloha je 3 044 ha. Nadmorská výška mesta sa pohybuje od 124 do 130 m. Prvá písomná zmienka o meste siaha do roku 1313. Územie mesta, ako aj celá Podunajská nížina patria k najteplejším a najsuchším územiam Slovenska s miernou zimou a dlhším slnečným svitom, zároveň je to jedna z najúrodnejších častí Slovenska.

Príprava geotermálneho projektu v Seredi sa začala v roku 2008, keď sa vypracoval súbor dokumentov:

• projekt geologických prác, ktorý lokalizuje potenciálne geotermálne vrty a stanovuje predpokladané energetické parametre dostupnej geotermálnej vody na území mesta;
• technický projekt vrtu SEG-1 Sereď, ktorý rieši konštrukciu geotermálneho vrtu;
• technicko-ekonomická štúdia využitia geo­termálnej energie na vykurovanie mesta Sereď, v ktorej sa navrhuje a posudzuje technické riešenie využívania geotermálnej energie vrátane nasadenia tepelných čerpadiel a kogeneračných jednotiek;
• štúdia posudzovania vplyvov na životné prostredie (EIA).

V roku 2009 sa vypracovala kompletná projektová dokumentácia v rozsahu na stavebné povolenie. Koncom roku 2010 sa zrealizoval geotermálny vrt SEG-1. Začiatkom roku 2011 sa pripravila dlhodobá hydrodynamická skúška na overenie produkčných vlastností zrealizovaného geotermálneho vrtu. Po jej ukončení sa pristúpilo k osadeniu samotného zariadenia. Na jeseň 2012 sa vybudovalo technické zariadenie a v súčasnosti prebieha skúšobná prevádzka.

V  Seredi je vybudovaných šesť sústav centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) vo forme blokových kotolní s teplovodnými rozvodmi, ktoré zásobujú bytové domy a budovy občianskej vybavenosti. Na účely využitia geotermálnej energie sa ako najvhodnejšia (polohou aj inštalovaným výkonom) vybrala kotolňa K5.

Energetický potenciál geotermálneho zdroja
Na základe projektu geologických prác z roku 2008 a predbežných výsledkov hydrodynamickej skúšky uskutočnenej bezprostredne po ukončení vrtných prác sa určili parametre geotermálneho zdroja uvedené v tab. 1. Geo­termálny vrt SEG-1 je situovaný na pravom brehu Váhu v inundačnom území.

Teoreticky využiteľný energetický potenciál (tepelný výkon) je vypočítaný na teplotu ochladenej geotermálnej vody 15 °C (referenčná teplota), čo je hodnota všeobecne uvažovaná v domácej a svetovej literatúre.
Ochladenie geotermálnej vody na túto hodnotu je možné jedine pomocou tepelných čerpadiel a v reálnej prevádzke sa dá dosahovať iba krátkodobo v obdobiach maximálnej potreby tepla.

Technické riešenie
Geotermálna energia z vrtu SEG-1 sa vy­užíva na výrobu tepla v existujúcej plynovej kotolni K5. Geotermálna voda sa z vrtu čerpá elektrickým ponorným čerpadlom s možnosťou plynulého riadenia otáčok frekvenčným meničom. Od vrtu sa geotermálna voda dopravuje do separačnej stanice, kde sa čiastočne zbaví rozpustených aj voľných plynov, a ďalej predizolovaným potrubím uloženým v zemi do výmenníkovej stanice umiestnenej v objekte kotolne. Po tepelnom využití vo výmenníkoch tepla sa geotermálna voda odvedie neizolovaným plastovým potrubím uloženým v zemi do recipientu, do rieky Váh. Dĺžka prívodného potrubia je približne 330 m a odvodného 430 m.

Kotolňa K5 je bloková kotolňa, ktorá dodáva teplo vo forme teplej vody s projektovaným teplotným spádom 90/70 °C, pričom v reál­nej prevádzke sa neprekračuje hodnota 65/45 °C. Na efektívne využite geotermálnej energie je optimalizovaný riadiaci systém tak, aby sa dosahovala minimálna možná teplota vratnej vykurovacej vody. Rozvod tepla je dvojrúrový, primárny okruh je napojený na tlakovo závislé domové odovzdávacie stanice inštalované priamo v zásobovaných objektoch (17 bytových domov s celkovým počtom 960 bytových jednotiek, ZŠ, gymnázium, dom kultúry a predajňa). V kotolni sú inštalované štyri plynové kotly s tlakovými horákmi s výkonmi 2 × 2,65 MW + 2 × 1,7 MW. Celkový inštalovaný tepelný výkon plynových kotlov je 8,7 MW. Priemerné ročne vyrobené množstvo tepla je približne 10 833 MWh (39 000 GJ).

Projekt je vzhľadom na svoju značnú investičnú náročnosť rozdelený na dve etapy:

• v I. etape sa uvažuje o využívaní geotermálnej energie priamym spôsobom – geotermálna voda odovzdá svoje teplo vratnej vykurovacej vode v panelovom výmenníku tepla s tepelným výkonom 850 kW;
• II. etapa predstavuje rozšírenie I. etapy o druhý stupeň využitia geotermálnej energie v tepelných čerpadlách. Celkový tepelný výkon troch navrhnutých tepelných čerpadiel je 1,3 MW. Nevyhnutné množstvo elektrickej energie sa bude zabezpečovať kogeneračnou jednotkou na zemný plyn.

Geotermálna energia, respektíve geotermálna energia v kombinácii s tepelnými čerpadlami a kogeneračnou jednotkou predstavuje základný zdroj tepla pracujúci v maximálnej možnej miere počas celého roka. Existujúce plynové kotle predstavujú špičkový zdroj tepla alebo v prípade potreby záložný zdroj tepla, schopný pokryť plnú výrobu tepla. Odhadovaná miera využitia tepelných čerpadiel (II. etapa projektu) je uvedená v tab. 2.

Plná prevádzka tepelných čerpadiel s uvedenými parametrami zabezpečí ochladenie geotermálnej vody na približne 24 °C. Vzhľadom na premenlivosť odberu tepla v priebehu roka (v závislosti od meniacich sa klimatických podmienok a výkyvov v odbere teplej vody) bude priemerná teplota ochladenej geotermálnej vody mierne vyššia.

Energetická bilancia
Predpokladaná ročná energetická bilancia kotolne K5 s využitím geotermálnej energie vo dvoch etapách je zosumarizovaná v tab. 3. Grafické znázornenie energetických tokov geotermálneho systému je na obr. 1.

Z tab. 3 a obr. 1 je zrejmé, že samotná geo­termálna energia bude v I. etape stačiť na pokrytie 44 % z celkového množstva ročne vyrobeného tepla. V druhej etape geotermálna energia spoločne s tepelnými čerpadlami pokryje až 78 % ročnej potreby tepla. Vzhľadom na parametre geotermálneho zdroja a sústavy centralizovaného zásobovania teplom nie je možné úplne nahradiť spaľovanie primárneho fosílneho paliva vo forme zemného plynu. Výrazne sa však zníži spotreba zemného plynu, čo má priaznivý vplyv na ekonomiku prevádzky sústavy centralizovaného zásobovania teplom, ale aj na životné prostredie vo forme zníženia emisií skleníkových plynov do ovzdušia. Zníženie spotreby zemného plynu a redukcia emisií CO2 sú graficky znázornené na obr. 2 a 3.

Obr. 2 Grafické znázornenie ročnej úspory zemného plynu (ZP) v dôsledku využívania geotermálnej energie (súčasný stav = iba plynové kotly)

Obr. 3 Grafické znázornenie ročnej redukcie emisií CO2 v dôsledku využívania geotermálnej energie (súčasný stav = iba plynové kotly)

Záver
Priaznivé hydrogeologické podmienky v mes­te Sereď a prítomnosť kapacitne a technicky vhodnej sústavy centralizovaného zásobovania teplom predstavovali optimálny základ prípravy projektu na využitie geotermálnej energie v kotolni K5. Geotermálnou energiou, ako jednou z najčistejších a najstabilnejších foriem obnoviteľných zdrojov energie, možno vyrobiť až 44 % z celkovej ročnej výroby tepla v kotolni, pričom sa ušetrí 547-tisíc m³ zemného plynu ročne a zároveň sa znížia emisie CO₂ do ovzdušia o 1 078 ton ročne. Nasadenie tepelných čerpadiel a kogeneračných jednotiek zabezpečí 78 % z celkovej ročnej výroby tepla obnoviteľným zdrojom tepla, pričom úspory zemného plynu a emisií CO2 sú ešte výraznejšie: 78-tisíc m³ ročne a 1 551 ton ročne. V súčasnosti prebieha skúšobná prevádzka a pripravuje sa kolaudácia stavby.

Projekt v Seredi spolu s nedávno realizovaným projektom v meste Šaľa jasne demonštrujú, že aj napriek neexistujúcej podpore zo strany štátu je pri vhodne riešených projektoch geo­termálna energia ekologický, ekonomicky výhodný, spoľahlivý a stabilný domáci obnoviteľný zdroj energie.

Text: Ing. Oto Halás
OBRÁZKY: archív autora

Ing. Oto Halás je členom dozornej rady spoločnosti Slovgeoterm, a. s.

Literatúra
1.    Petráš, D. – Lulkovičová, O. – Takács, J. – Füri, B.: Nízkoteplotné vykurovanie a obnoviteľné zdroje energie. Bratislava: JAGA GROUP, 2001.
2.    Petráš, D. – Lulkovičová, O. – Takács, J. – Bašta, J. – Kabele, K.: Vykurovanie rodinných a bytových domov. Bratislava JAGA GROUP, 2005.
3.    Interné materiály a štúdie spoločnosti Slovgeoterm, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.