Zem a zemské zdroje Geotermálna energia

Ing. Ladislav Hvizdák, PhD.

Geotermálna energiaSlovo „geotermálna“ pochádza z gréčtiny. „Geos“ znamená „zem“ a „thermal“ znamená „teplo“. Pod „geotermálnou energiou“ teda rozumieme teplo (termálnu energiu), ktorá sa nachádza vo vnútri našej planéty a pomaly preniká na povrch.

Navonok sa prejavuje:

a) mechanicky (zemetrasenia, vrásnenia horských masívov),

b) alebo tepelne (sopky, gejzíry a horúce pramene).

Geotermálna energia

Geotermálna energia nie je v pravom slova zmysle obnoviteľným zdrojom energie, nakoľko má pôvod v horúcom jadre Zeme, z ktorého uniká teplo cez vulkanické pukliny v horninách. Vzhľadom na obrovské, takmer nevyčerpateľné zásoby tejto energie, však býva medzi tieto zdroje zaraďované.

Geotermálna energia

Teplota zemského jadra sa odhaduje na viac ako 4000 °C

V 10 km vrstve zemského obalu, ktorá je dostupná súčasnej vŕtacej technike, sa nachádza dostatok energie na pokrytie našej spotreby na obdobie niekoľko tisíc rokov

Teplo  postupuje zo žeravého zemského  jadra smerom k povrchu.

Teplotný nárast sa pohybuje od 20 do 40 st. Celzia na vertikálny kilometer s miestnymi maximami (geotermálne pramene)

V hĺbke zhruba 2500 metrov sa často nachádza voda teplá až  200° Celzia.

Geotermálna energia

Najhlbší vrt na svete - Maersk Oil BD-04A, na poli Al-Shaheen v Katare. 12290 m (r. 2008)

Kola Superdeep Bore hole 12262 m

(od r.1970)

0.175%

Geotermálna energia

Geotermálne elektrárne boli donedávna obmedzené iba na lokality okrajov tektonických dosiek

Geotermálna energia Geotermálna energia

sa v prevažnej miere využíva na vykurovanie objektov ako sú bazény, skleníky ale aj obytné domy napojené na systém centralizovaného zásobovania teplom.

Geotermálna energia Veľmi často sa však geotermálna energia

využíva aj na výrobu elektrickej  energie. Prvé pokusy s výrobou elektriny začali v

Taliansku roku 1904 Prvá 250 kW elektráreň bola daná do

prevádzky v roku 1913 v Larderello. Po nej nasledovali ďalšie v Wairakai na Novom

Zélande (1958), v Pathe Mexiku (1959) a The Geysers v USA  (1960). Od roku 1980 výrazne narastá inštalovaný elektrický  výkon v geotermálnych elektrárňach a v roku 2000 dosiahol 7974 MW z toho v USA  je inštalovaných  2228  MW (viac ako ¼)

Geotermálna energia v SR

Geotermálna energia v SRV súčasnosti je na Slovensku vymedzených 26 hydrogeotermálnych oblastí, ktoré zaberajú 27 % plošnej rozlohy územia SR. Sú rozložené predovšetkým v pásme vnútorných Západných Karpát. Vláda SR schválila v apríli 2003 Koncepciu využívania obnoviteľných zdrojov energie. Podľa tejto koncepcie patrí geotermálnej energii druhé miesto spomedzi siedmich obnoviteľných zdrojov energie. Najlepší potenciál má biomasa (46,7 %), geotermálna energia (17,5%), solárna energia (14,5%), odpadové teplo (9,8%), biopalivá (6,9%), malé vodné elektrárne (2,9%), veterná energia (1,7%).

Využívanie geotermálnej energie má celý rad výhod. Predstavuje domáci zdroj, je lacnejšia ako fosílne palivá. Znižuje nebezpečenstvo ohrozenia životného prostredia redukciou transportu, spracovania a využívania fosílnych palív (havárie produktovodov, výstavba a prevádzka zásobníkov plynov a ropných produktov, skládkové hospodárstvo, emisie). Umožňuje aj ovládanie ceny energie. Prevádzka geotermálnej energie je bezpečná s minimálnym dopadom na životné prostredie a záber pôdy.

Geotermálna energia - formy

Zdroje geotermálnej energie existujú v

štyroch hlavných formách:

hydro-termálny systém, geostlačené zóny, horúca suchá skala (hot dry rock) magmatické zdroje.

Geotermálna energia – Hydrotermálne systémy

Geotermálne nahriata spodná voda sa niekedy naakumuluje v prepojenej sieti porúch v horninách a vytvorí sa podzemný hydrotermálny rezervoár. Voda z rezervoáru môže byť prírodným prúdením pozdĺž porúch privedená na zemský povrch. Hydrotermálne rezervoáre a konvekčné systémy sú zdroje javov, ktorým hovoríme prírodné horúce pramene a gejzíry

Geotermálna energia – Hydrotermálne systémy

Geotermálna energia – Studená „bublina“

Geotermálna energia – Hydrotermálne systémy

V súčasnoti sú hydrotermálne systémy

najviac komerčne využívaným

geotermálnym zdrojom. Niektoré

hydrotermálne rezervoáre sú veľmi

horúce (nad 300° C), ale zhruba dve

tretiny majú miernejšie teploty (120–200° C).

Geotermálna energia – Výroba elektrickej energie

Para využívajúca sa na výrobu elektrickej energie obsahuje množstvo prímesí, kyslých plynov a piesku, ktoré koróziou ohrozujú funkčnosť turbíny. Preto je nutné paru pred akýmkoľvek využitím odfiltrovať. Z hypertermických polí sa získava prehriata para, pričom teplota horúcej vody pod tlakom je väčšia ako teplota pary pri atmosférickom tlaku. Aby bolo využitie tejto formy energie efektívnejšie, mokrá para sa v zásobníkuniekoľkokrát separuje z tekutej vody. Takto upravená para sa už môže bezprostredne využívať na pohon turbíny, pričom v parovode dosahuje rýchlosť okolo 200 km.hod-1. Voda vychádzajúca zo separátora /oddeľovača/ je odvádzaná do riek, alebo (oveľa častejšie a účinnejšie) vrátená do rezervoára. Recykláciou vody do rezervoára sa súčasne vyvarujeme znečisteniu a zmenší sa pokles tlaku vo vnútri rezervoára a zároveň sa zníži jeho vyprázdňovanie. Vzhľadom na vhodnú geografickú stavbu podložia je geotermálna energia využívaná na výrobu elektrickej energie iba na niekoľkých miestach sveta.

Geotermálna energia – Geostlačené zóny

Oblasti v ktorých sú horúce slané vody (90° - 200 °C) zachytené pod vysokými tlakmi medzi vrstvami nepriepustných hornín.

Horúce vody aj hydraulický tlak môžu byť použité na výrobu elektrickej energie.

Niekedy obsahujú tieto rezervoáre aj tretí potenciálny zdroj energie – veľké množstvá rozpusteného metánu v slanej vode

Geotermálna energia – Suché teplo hornín (Hot dry rock)

Prakticky všade prítomné

Uložené v hĺbke zväčša viac ako 3 km pod povrchom Zeme

Neprítomnosť média – nosiča

Komerčne sa doteraz veľmi nevyužíva

Geotermálna energia – Suché teplo hornín (Hot dry rock)

Tento typ umožňuje využiť tepelnú energiu, akumulovanú v horninovom prostredí. Uvoľnenie takého zdroja tepla začína navŕtaním

úvodného vrtu, Odstrelom trhaviny v tomto vrte, alebo tlakom vody

v hĺbke, kde je akumulovaná tepelná energia, sa vytvoria umelé trhliny, ktoré potom slúžia ako podzemný výmenník tepla,

Do vrtu sa zavedie voda, ktorá príjme teplo horúcej horniny a druhým vrtom, ktorý vytvára s úvodným vrtom prostredníctvom umelých trhlín jeden systém, vystupuje para, alebo horúca voda späť na povrch,

Získané teplo sa využije buď na výrobu elektrickej energie, alebo na vykurovanie (závisí od získanej teploty)

Geotermálna energia Kalinov cyklus Súčasná generácia paroplynových zariadení dosahuje čistú

účinnosť 55 %. Budúce generácie energetických technológií umožnia

prelomenie hranice 60 %. Kalinov cyklus dovoľuje dosiahnuť účinnosť vyššiu ako 60

% a dokonca sa priblížiť k teoretickej hranici danej Carnotovým cyklom (70 až 80 %).

Kalinov cyklus využíva zmes čpavku a vody s meniacimi sa bodmi varu. V obehu sa mení zloženie zmesi kvôli minimalizácii teplotných rozdielov.

Kalinov cyklus nájde uplatnenie pri všetkých paroplynových obehoch i technológiách čistého uhlia, pretože výrazne zvyšuje účinnosť obehu a znižuje prevádzkové náklady.

Geotermálna energia – Projekt Litoměřice v ČR (Európa)

Projekt geotermálnej elektrárne s Kalinovým cyklom Je projektovaný jeden injekčný a dva produkčné vrty v

hĺbke 5000 m. Overovací vrt bol zahájený 21.11. 2006 Celkový výkon predstavuje 55 MWt za predpokladu

dosiahnutia teploty 200°C a prietoku vody 150 litrov/sek. Dodávka tepla a elektriny bude regulovaná podľa

aktuálnych klimatických podmienok. V letnom období s minimálnou výrobou tepla je predpokladaný elektrický výkon 5 MWe, pričom 1 MWe je vlastná spotreba elektrárne.

Cena realizácie 1 mld 111 mil Kč. Termín dokončenia 2010 - 2013.

Geotermálna energia – Riziká, problémy

Geotermálny tepelný výmenník v hĺbke 5000 m pod zemským povrchom.

Problém je v tom, že tepelný výmenník je technické zariadenie, ktoré musí plniť požadovanú funkciu za určitých limitujúcich podmienok.

V našom prípade to znamená, že voda z injekčného vrtu nesmie unikať puklinami mimo priestor produkčného vrtu v takej miere, že jej straty nemôžu byť doplňované z podzemných zdrojov, čo sa už skutočne stalo v Anglicku (Wales).

A naopak: výmenník nesmie vykazovať príliž vysoký hydraulický odpor. Alebo v mieste vrtu sa musí nachádzať dostatočné množstvo puklín, aby bolo vôbec možné vodu pretlačiť z injekčného do produkčných vrtov. Na tomto už skolaboval jeden z projektov v USA.

Geotermálna energia – Riziká, problémy pri vŕtaní

Vychádza sa zo štúdií geológov a pracovných hypotéz Vŕtanie totiž vôbec nie je lacná záležitosť, Špeciálne diamantové vrtné hlavice je nutné v tvrdej žule

meniť približne po každých vyvŕtaných 100 metroch, Cena jednej hlavice je 60 000 €, Mnohým investorom sa trasie ruka pred schválením

projektu, kde môžu byť investované desiatky miliónov iba do vrtov – a to naviac bez zaručeného zdarného výsledku. Takže významnú časť z nákladov tvorí poistenie pre prípad, že by z vrtov nebolo možné získavať plánované množstvo energie. Obvykle je toto riešené prostredníctvom GeoFund Svetovej banky popr. iných nadačných a podporných finančných zdrojov. 

Ďalšie riziká – Projekt vo Švajčiarsku, Bazilej

Geotermálna energia – Projekt Bazilej

Bazileji zaregistrovali zemetrasenie o sile 3,3 stupňa

Bazilej 2. februára (TASR) - Geotermálny projekt v blízkosti Bazileja, ktorého realizáciu príslušné úrady medzičasom zastavili, vyvolal dnes v poradí piate zemetrasenie v priebehu ôsmych týždňov. Epicentrum otrasov bolo v Bazileji, šesť kilometrov pod povrchom Zeme. Zemetrasenie o sile 3,3 stupňa Richterovej škály zasiahlo územie do okruhu 20 kilometrov dnes o 4.54 hod. Podľa úradu pre geológiu, suroviny a baníctvo vo Freiburgu by otrasy nemali spôsobiť nijaké materiálne škody.Zemetrasenia v Bazileji vyvolal zásah stavbárov, ktorí pri prácach na geotermálnom projekte stlačili v hĺbke niekoľkých kilometrov vodu do horniny. Násilný zásah vyvolal prvé zemetrasenie ešte začiatkom decembra. Práce na projekte sú momentálne zastavené.

piatok 2. 2. 2007 11:08

Geotermálna energia – Magmatické zdroje

Vzhľadom na neexistenciu vhodnej vrtnej techniky, nepredpokladá sa blízke komerčné využitie tohto energetického zdroja

Zrejme prvé využitie bude v mladých kalderách, s dobou vzniku pred niekoľkými miliónmi rokov, s relatívne plytko uloženými telesami magmy

Geotermálna energia – Magmatické zdroje

Prvý projekt realizovaný v Long Valley, 400 km severne od Los Angeles, California, USA

V niekoľkých etapách sa má navŕtať vrt hlboký 7 000 m, až do telesa magmy, kde sa očakáva teplota 900 °C

Najprv sa do vrtu bude vháňať studená voda, aby sa vytvorili pevné steny vrtu, čím sa vytvorí výmenník tepla hlboko pod zemským povrchom

Potom sa bude do výmenníka tepla z povrchu pumpovať voda, ktorá sa v ňom ohreje na vysoké teploty a bude vytlačená na zemský povrch, kde sa premení na paru, pomocou ktorej sa vyrobí elektrická energia

Ďalšia možná technológia, podľa výskumných pracovníkov, ktorí realizujú spomínaný projekt, je bez vytvorenia pevných stien výmenníka tepla v "magma vrte". Voda bude vháňaná z povrchu priamo do magmy, kde sa reakciou s oxidmi železa prítomnými v magme vytvorí vodík, ktorý je možné skladovať a spaľovať na výrobu elektrickej energie

Ďalšia technológia predpokladá využitie vysokých teplôt v magme na premenu zmesi vody a biomasy na vodík, metán a oxid uhoľnatý. Vodík a metán je možné skladovať a spaľovať za účelom výroby elektrickej energie, ako aj využiť na výrobu rôznych chemických komponentov.

Geotermálne zdrojeKrajina Kapacita (MW) Krajina Kapacita (MW)

USA 2687,00 Rusko 79,00

Filipíny 1969,70 Papua Nová Guinea 56,00

Indonézia 992,00 Guatemala 53,00

Mexiko 953,00 Turecko 38,00

Taliansko 810,50 Čína 27,80

Japonsko 535,20 Portugalsko 23,00

Nový Zéland 471,60 Francúzsko 14,70

Island 421,20 Nemecko 8,40

Salvador 204,20 Etiópia 7,30

Costa Rica 162,50 Rakúsko 1,10

Keňa 128,80 Thajsko 0,30

Nikaragua 87,40 Austrália 0,20

TOTAL 9731,90

Geotermálna energia – Literatúra

http://www.inforse.org/europe/fae/OEZ/GEOTERM/geoterm.html http://www.seas.sk/encyklopedia/obnovitelne-zdroje-energie/

geotermalna-energia/ http://slovensko.eco-energy.info/asp/index.asp?uc=&k=20572

Ďakujem za pozornosť