Ako využiť geotermálnu energiu

Kam oko nedovidí

Geotermálna energia je produktom procesov, ktoré sa odohrávajú v zemskej kôre. Viaže sa na geotermálnu vodu, paru alebo na suché horniny. Geotermálna voda a para sa už relatívne dlhodobo využívajú, ale využívanie energie hornín uložených v hĺbke je zatiaľ predmetom vedeckého bádania.

Najväčší význam má v súčasnosti voda z geotermálnych prameňov, ktorých teplota pri výstupe na zemský povrch je vyššia ako priemerná ročná teplota vzduchu v danej lokalite. Podľa teploty prameňa delíme geotermálne zdroje na:
• nízkoteplotné (20 až 100 °C),
• strednoteplotné (100 až 150 °C),
• vysokoteplotné (viac ako 150 °C).

Na priame energetické využitie sú vhodné vody s nízkou teplotou, to znamená do 100 °C. Na Slovensku, kde sa nachádza viac ako sto geotermálnych prameňov s teplotou vody 16 až 126 °C, sú veľmi dobré predpoklady na využívanie geotermálnej energie – energetický potenciál týchto vôd je vyše 5-tisíc MW. S geotermálnou energiou ráta aj energetická koncepcia SR. Podľa správy rezortu životného prostredia sa v našich podmienkach ušetrí za rok pri výrobe 25 MW tepelnej energie z geotermálnych zdrojov pri 200 dňoch vykurovania asi 42 600 ton hnedého uhlia alebo 16 miliónov m³ zemného plynu. Doterajšie využívanie tejto energie však nie je rovnomerné a dostatočné zlepšenie tohto stavu závisí od technických a ekonomických podmienok štátu.

Voda, voda, samá voda

Nízkoteplotné zdroje sa uplatňujú pri výrobe tepelnej energie, ktorá sa využíva na vykurovanie bazénov, skleníkov a obytných domov (so systémom centralizovaného zásobovania teplom), na vetranie alebo aj klimatizáciu. Na Slovensku je 12 obcí, napríklad Bešeňová, Podhájska, Veľký Meder či Topoľníky, ktoré využívajú geotermálnu vodu v poľnohospodárstve pri produkcii rýchlenej zeleniny a kvetov. Iné obce vykurujú geotermálnym teplom kancelárske a technické priestory, napríklad Galanta, Komárno, Liptovský Trnovec a Poprad. V ďalších lokalitách ocenia geotermálnu vodu najmä milovníci relaxu v rekreačných zariadeniach. Geotermálna energia sa využíva aj na chov a sušenie rýb a poľnohospodárskych plodín, pranie a sušenie vlny, ohrievanie pôdy a ciest v zimnom období, na rekreačno-rehabilitačné účely, prípravu jedla a priemyselné využitie v mnohých ďalších odvetviach.

Geotermálny energetický systém je finančne náročný, preto sa musí zaručiť stopercentná istota návratnosti vložených investícií. V tejto súvislosti treba v projekte rátať s viacstupňovým komplexným využitím systému – napríklad nielen na relaxačné účely v termálnom kúpalisku, ale aj na vykurovanie budov a skleníkov na rýchlenie zeleniny a kvetov (obec Podhájska).

Problematické minerály V minulosti sa na Slovensku využívali termálne pramene najmä v poľnohospodárstve prostredníctvom veľmi jednoduchej technológie. Tepelné čerpadlá, ktoré v súčasnosti zvyšujú účinnosť využívania nízkoteplotných geotermálnych prameňov, sa uplatňovali iba výnimočne, takže energia vody sa využívala pomerne nehospodárne. Navyše sa začal riešiť problém vedľajšieho produktu vykurovania geotermálnou vodou – odpadové vody, ktoré obsahujú veľké množstvo minerálnych látok (4 g/l), čo zaťažovalo povrchové vody a nakoniec viedlo k odstaveniu mnohých geotermálnych zdrojov. Preto sa nová hraničná hodnota obsahu minerálnych látok určila na 0,8 g/l.

Voda na vykurovanie

Vykurovanie je najrozšírenejší spôsob, ako naložiť s geotermálnym teplom. Využitie geotermálneho energetického systému súvisí aj s chemicko-fyzikálnym zložením geotermálnej vody. Pri vyhovujúcom zložení vody (čiže vtedy, ak sa neusadzuje príliš veľa minerálnych látok vo vnútornom potrubí a nevzniká korózia) možno odoberať geotermálnu vodu priamo z vrtu do odberného miesta, napríklad na vykurovanie skleníka. Sústava na priame využitie geotermálnej energie sa skladá z:
• vrtu (finančne najnáročnejšia investícia z celého systému),
• prívodného a vratného potrubia,
• vykurovacieho telesa,
• jazierka na odpadovú vodu.

Nepriaznivé vlastnosti geotermálnej vody väčšinou ovplyvňujú spôsob vykurovania tak, že ju možno využívať iba nepriamo – ako primárnu teplonosnú látku, ktorá svoju energiu prenáša na sekundárnu látku. V tomto prípade treba vybaviť systém aj výmenníkom tepla a obehovým čerpadlom. Vedľajší produkt – ochladená voda – sa ďalej využíva.

Aký konkrétny systém zvolíme, závisí od typu a druhu stavebného objektu. Iný geotermálny systém sa použije na vykurovanie rodinného domu, iný na vykurovanie verejnej alebo priemyselnej budovy. V každom prípade však treba prispôsobiť druh vykurovacích telies, potrubné rozvody, armatúry a pod. V našich klimatických podmienkach využívame geotermálne systémy s prirodzeným ohrevom vzduchu. Existujú totiž tri druhy geotermálnych sústav, z ktorých každá využíva v sekundárnom okruhu inú teplonosnú pracovnú látku:
• klasické teplovodné sústavy s dvojrúrovým rozvodom a klasickým vykurovacím telesom,
• nízkoteplotné sústavy s dvojrúrovým rozvodom a veľkoplošnými sálavými vykurovacími plochami (podlahovými, stenovými a stropnými),
• nízkoteplotné parné sústavy takisto s dvojrúrovým rozvodom a s klasickým vykurovacím telesom.

Klasické teplovodné sústavy s dvojrúrovým rozvodom a s klasickým vykurovacím telesom môžu pracovať s jedným zdrojom tepla (rekuperačný výmenník) alebo dvomi na sebe nezávislými zdrojmi tepla. V prvom prípade cirkuluje geotermálna voda v primárnom okruhu a v sekundárnom teplonosná látka. Nevýhodou prvého prípadu je, že pri výpadku dodávky geotermálnej vody sa systém musí odstaviť. V druhom prípade dodáva zdroj geotermálnu energiu iba do určitej vonkajšej teploty a pri poklese pod túto teplotu zaisťuje dodávku tepla doplnkový zdroj na ušľachtilé palivo.

Teplote vody treba prispôsobiť aj vykurovaciu sústavu: • veľkoplošné teplovodné stenové sálavé súpravy alebo panelové vykurovacie telesá sa inštalujú napríklad na rozvádzanie vody s teplotou 60 až 100 °C, • vo veľkoplošných stropných a podlahových sústavách alebo v sústavách s článkovými, resp. panelovými telesami, cirkuluje voda s teplotou 30 až 60 °C , • na temperovanie v skleníkoch, na vykurovanie štadiónov alebo pri chove rýb sa montujú sústavy, ktoré rozvádzajú geotermálnu vodu s teplotou do 30 °C.

Príprava ohriatej vody

Podmienky na využívanie geotermálnej energie na prípravu ohriatej vody sú podobné ako pri vykurovaní a závisia od vlastností geotermálnej vody (teploty a chemického zloženia). Od týchto vlastností sa potom odvíja priamy alebo nepriamy odber geotermálnej vody. Dôležitou podmienkou pri priamom rozvode vody až k spotrebiteľovi je, aby chemické zloženie vyhovovalo požiadavkám platnej normy (STN 83 0616). Kritériá normy nespĺňa na Slovensku ani jeden geotermálny prameň. Preto sa využíva druhý spôsob – nepriamy odber geotermálnej vody, pri ktorom geotermálna voda ako primárny zdroj tepla pripravuje ohriatu vodu z pitnej vody v rekuperačnom výmenníku tepla. Aj v tomto prípade znižuje účinnosť prenosu tepla cez výmenné plochy usadzovanie minerálnych látok (inkrustácia).

Článok bol uverejnený v publikácii Všetko o vykurovaní a úspore energií, JAGA GROUP 2008