GEOTERMALNA ENERGIA Geotermalna energia nie je v pravom slova zmysle obnovitelnym zdrojom energie, nakolko ma povod v horucom jadre Zeme, z ktoreho unika teplo cez vulkanicke pukliny v horninach. Vzhladom na obrovske, takmer nevycerpatelne zasoby tejto energie, vsak byva medzi tieto zdroje zaradovane. Teplota jadra sa odhaduje na viac ako 4000 st. Celzia a v desatkilometrovej vrstve zemskeho obalu, ktora je dostupna sucasnej vrtacej technike, sa nachadza dostatok energie na pokrytie nasej spotreby na obdobie niekolko tisic rokov. Teplo postupuje zo zeraveho zemskeho jadra smerom k povrchu. Teplotny narast sa pohybuje od 20 do 40 st. Celzia na vertikalny kilometer s miestnymi maximami (geotermalne pramene). V hlbke zhruba 2500 metrov sa casto nachadza voda tepla az 200 st. Celzia. obr. teplotazeme.jpg Vyuzitie geotermalnych zdrojov siaha daleko do minulosti. Existuju archeologicke zaznamy o tom, ze americki indiani uz pred viac ako 10 tisic rokmi osidlovali uzemia v blizkosti geotermalnych zdrojov. Geotermalne zdroje napr. horuce pramene boli vyhladavane aj starymi Rimanmi, Turkami alebo Maormi na Novom Zelande. Prve zaznamy o priemyselnom vyuziti tejto energie siahaju do roku 1810, kedy sa zacalo s tazbou mineralov nachadzajucich sa v horucich geotermalnych vodach v Larderello v Taliansku. Devat tovarni vyuzivajucich geotermalnu vodu bolo v tejto oblasti vybudovanych v rokoch 1816 az 1835. Geotermalna energia sa v prevaznej miere vyuziva na vykurovanie objektov ako su bazeny, skleniky ale aj obytne domy napojene na system centralizovaneho zasobovania teplom. Taketo vykurovanie bolo instalovane uz v 1890 v americkom Boise (stat Idaho). V Reykjaviku na Islande bolo geotermalnou vodou vykurovanych 45 tisic domov a 95 tisic m2 sklenikov uz v roku 1960. Osobitnu skupinu tvoria tzv. tepelne cerpadla vyuzivajuce teplo zeme na pripravu tepla na vykurovanie. obr. reykyjavikjpg.jpg Text: Zavod vyuzivajuci geotermalnu energiu na Islande. Rozdelenie vyuzitia geotermalnej energie na vyrobu tepla vo svete v roku 1998. % kapacity % energie Geoterm. tepelne cerpadla 42,2 14,3 Vykurovanie objektov 30,6 36,8 Bazeny 11,1 22,2 Skleniky 8,5 11,8 Aquakultury 3,2 6,6 Priemysel 3,0 6,5 Roztapanie 0,7 0,6 snehu/klimatizacia Polnohosp. susenie 0,4 0,6 Ine 0,3 0,6 Spolu 100 100 Velmi casto sa vsak geotermalna energia vyuziva aj na vyrobu elektrickej energie. Prve pokusy s vyrobou elektriny zacali v Taliansku uz v roku 1904 a prva 250 kW-ova elektraren bola dana do prevadzky v roku 1913 v Larderello. Po nej nasledovali dalsie v Wairakai na Novom Zelande (1958), v Pathe Mexiku (1959) a The Geysers v USA (1960). Od roku 1980 vyrazne narasta instalovany elektricky vykon v geotermalnych elektrarnach a v roku 2000 dosiahol 7974 MW z toho v USA je instalovanych 2228 MW. obr. sonomageoterm.jpg Text: Geotermalna elektraren v Sonoma , USA. Ceny energie z tohto zdroja su vsak v zavislosti na miestnych podmienkach znacne rozdielne. V niektorych regionoch vsak naklady na takto ziskanu elektricku energiu su porovnatelne s nakladmi na energiu z fosilnych paliv. Cena geotermalne vyrobenej elektriny sa pohybuje od 0,02 USD/kWh pre starsie zariadenia (The Geysers) po 0,06 USD/kWh pre novsie zariadenia. Cena tepelnej energie z geotermalnych zdrojov sa pohybuje v este sirsom rozpati, nakolko tato nezavisi len na charakteristike zdroja, ale aj na pritomnosti potencialnych odberatelov v blizkom okoli. Stav rozvoja geotermalnej energie vo svete v roku 2000. Instalovany vykon Vyroba energie MW GWh/rok Vyroba 7.974 49.261 elektriny Vyroba tepla 17.175 51.428 Hodnoty pre vyrobu tepelnej energie su malo spolahlive a pravdepodobne su podhodnotene o 20 % , nakolko v mnohych krajinach nevystupuju v oficialnych energetickych statistikach. Vyroba elektriny z geotermalnej energie v roku 2000. Instalovany vykon v MW Vyroba v GWh USA 2.228 15.470 Filipiny 1.909 9.181 Taliansko 785 4.403 Mexiko 755 5.681 Indonezia 589 4.575 Japonsko 547 3.532 Novy Zeland 437 2.268 Island 170 1.138 El Salvador 161 800 Kostarika 143 592 SVET 7.974 49.261 Podiel vyroby elektriny z geotermalnych zdrojov je v niektorych krajinach znacny a napr. na Filipinach dosahuje az 21,5 % z celkovej vyroby elektriny v krajine. V Salvadore je to 20 % a na Islande 15%. Technologia vyuzivajuca geotermalnu energiu podlieha stalemu vyvoju, hlavne v oblasti vyvoja systemov taziacich teplu vodu z hlbky viac ako 4000 metrov. Nevyhodou, ktora brani sirsiemu vyuzivaniu geotermalnej energie je, ze voda obsahuje velke mnozstvo soli, a preto sa nemoze priamo viest vodovodnymi potrubiami a vyuzivat ako zdroj pitnej vody. Nemozno ju pouzit ani v systeme dialkoveho vykurovania. Sol by rozozrala vodovodne rury aj vykurovacie telesa. Vyuzivanie geotermalnej energie na ohrev vody sa preto nezaobide bez pouzitia vymennikov. Nove technologie vyuzivaju nehrdzavejuce vymenniky a nizkoteplotne vykurovacie systemy. Moderne aplikacie zahrnaju okrem ineho aj vyuzitie geotermalnej energie pre chemicku vyrobu a produkciu cistej vody. Opatrenia na znizenie neziaducej ekologickej zataze z vyuzivania tohto zdroja, napriklad reinjekcia vody a rozpustnych odpadov, sa dnes stavaju beznou praxou. Ucinne sa zabranuje aj plynnym vypustiam, hlavne sirovodiku. Naklady na tieto opatrenia su zahrnute v ekonomickych analyzach geotermalnych projektov. obr. geovyrelektr.jpg Text: Vyuzivanie geotermalnej energie z horucich suchych skal pozostava z injektaze a reinjektaze vody pod zemskym povrchom. Je to najmodernejsia geotermalna technologia vyroby elektriny. TEPELNE CERPADLA Relativne novymi zariadeniami su tzv. tepelne cerpadla, ktore vyuzivaju okolite prostredie ako zdroj vstupnej energie a tuto potom premienaju na uzitocnu tepelnu energiu napr. pre systemy individualneho vykurovania domov. Je to najrychlejsie sa rozvijajuca oblast celeho geotermalneho priemyslu. Pocet instalovanych tepelnych cerpadiel vyuzivajucich teplo Zeme zaznamenal od roku 1995 obrovsky narast az 269 %, pricom rocny prirastok predstavuje 30 %. V 26 krajinach, v ktorych sa vedu statistiky predaja presiahol pocet instalovanych zariadeni az 500 tisic, pricom len v USA sa ich rocne instaluje asi 40 tisic. Vacsina tepelnych cerpadiel dnes pracuje vo vyspelych krajinach a ich priemerne rocne vyuzitie sa pohybuje od 1000 hodin v USA po 6000 hodin vo Svedsku a Finsku. obr. tepelnecerpadlo.jpg Text: Prierez tepelnym cerpadlom. Z hladiska podielu na vyrobe tepla su tepelne cerpadla rozhodujucimi technologiami na Islande a v Turecku. Na Islande zabezpecuju az 86 % tepelnej energie pre vykurovanie, ktore je potrebne prakticky pocas celeho roka. Uspory (v porovnani s dovozom fosilnych paliv) takto dosahuju viac ako 100 milion USD rocne. V Turecku vzrastla kapacita instalovanych tepelnych cerpadiel za poslednych 5 rokov zo 140 na 820 MWth. Vacsina z nich sa vyuziva na vykurovanie domov (51.600). V Turecku sa predpoklada, ze do roku 2010 dosiahne instalovany vykon 3500 MW a zabezpeci teplo pre 500 tisic domov, co je 30 % obydli v krajine. Funkcia tepelneho cerpadla je zalozena na termodynamickom procese, pri ktorom sa odobera teplo okolitemu prostrediu a odovzdava sa tepelnemu mediu (voda). K tomu, aby tento proces prebiehal v uzavretom cykle, je potrebne systemu dodavat elektricku energiu na pohon elektromotora kompresoroveho tepelneho cerpadla resp. ine palivo (nafta, plyn). Ako medium, z ktoreho sa teplo odobera moze sluzit teplo zeme (odobera sa trubkami ulozenymi pod povrchom), okolity vzduch, alebo tiez voda zo studni. obr. tepelnecep.jpg Text: Konstrukcia tepelneho cerpadla. Charakteristickou velicinou tepelneho cerpadla je podiel vykonu a prikonu. Uzivatelovi dodane teplo predstavuje casto niekolko nasobok energie dodanej tepelnemu cerpadlu. Tento podiel, ktory byva az 3, znamena ze na 1 kWh prikonu dodaneho vo forme elektrickeho prudu, nafty, alebo plynu, sa ziskaju az 3 kWh vo forme uzitkoveho tepla. Energia sa pri tomto procese nevytvara, nakolko aj tu plati zakon zachovania energie. Uvedeny zisk znamena, ze okolitemu prostrediu boli odobrate 2 kWh. Pre hospodarnost prevadzky tepelnych cerpadiel je vyhodne vyuzivat tepelne zdroje s co najvyssou teplotou, napriklad odpadove teplo z priemyslovych procesov, alebo vyuzivat ziskane teplo v nizkoteplotnych vykurovacich systemoch. Investicne naklady na vyuzitie takehoto tepla v regione byvaju v mnohych pripadoch nizsie, ako su naklady na vystavby novych zdrojov. obr. tepcerpzem.jpg Text: Tepelne cerpadlo vyuzivajuce teplo Zeme. Energia sa zo Zeme odobera systemom potrubi. VYUZITIE GEOTERMALNEJ ENERGIE NA SLOVENSKU Uzemie Slovenska je v porovnani s inymi krajinami relativne bohate na geotermalne zdroje a na zaklade geologickeho prieskumu bolo uz v roku 1993 vyclenenych 25 perspektivnych oblasti. Celkovy potencial vyuzitelnych zdrojov aj s vodami s nizkou teplotou (okolo 30 st. Celzia) je odhadovany na 5200 MW termalneho vykonu. Potencial geotermalnych vod s teplotou vod 75-95 ø C vyuzitelny napriklad na vykurovanie budov predstavuje asi 200 MW. V minulosti sa na Slovensku vyuzivali termalne pramene hlavne v polnohospodarstve. Pouzita technologia bola velmi jednoducha, tepelne cerpadla a kaskadove vyuzitie zdroja sa uplatnovali iba vynimocne a energia vody bola vyuzita dost nehospodarne. Mnohe z tychto zdrojov boli v poslednych rokoch odstavene, nakolko obsah mineralnych latok geotermalnej (odpadnej) vody, ktory sa pohyboval na urovni 4 g/liter, viedol k podstatnym zatazeniam povrchovych vod. Nova hranicna hodnota - 0,8 g/liter znamena, ze vyuzivanie geotermalnej energie je mozne vtedy, ked sa vyriesi problem s odpadnymi vodami a to ci uz reinjektazou alebo jej cistenim. V roku 1998 sa na Slovensku vyuzivala geotermalna energia v 35 lokalitach. Celkova vydatnost tychto zdrojov je 110 litrov teplej vody za sekundu, pricom tepelny vykon vyuzivanych zdrojov predstavuje zhruba 93 MW. Okrem vacsieho poctu geotermalne vykurovanych kupalisk, ktore si vyzaduju relativne nizke investicne naklady bolo u nas vybudovane prve zariadenie vyuzivajuce geotermalnu energiu na vykurovanie sidliska a nemocnice. V spolupraci s islandskou firmou Virkint-Orkint bolo v roku 1996 uvedene do prevadzky Geotermalne centrum v Galante. Vyuzivany vykon tunajsieho geotermalneho zdroja predstavuje 10 MW. Vykurovaci system v Podhajskej ma celkovy vykon 8 MW. Kupaliska s termalnou vodou. Miesto Objekt Velky Meder 5 bazenov (aj kryty) na rozlohe 14,7 ha Dunajska Streda termalna voda 55 ø C, kupalisko 26 ha s 5 bazenmi Komarno 5 bazenov Patince 3 bazeny s teplotou vody 26 ø C Sturovo (Vadas) 4 bazeny Podhajska kupalisko Piestany kupaliska Eva a Slnava su v prevadzke od maja do neskorej jesene. Trencianske sirnate pramene termalnej vody (38 - 42 ø C) s Teplice kupaliskom Zelena Zaba Bojnice kupalisko Cajka Kovacova viacero bazenov Dudince kupalisko s teplotou vody 28 ø C Kremnica kupalisko s 5 bazenmi Sklene Teplice kupalisko Vyhne kupalisko Rajecke Teplice 2 otvorene bazeny Rajec 5 otvorenych bazenov Vysne Ruzbachy 3 bazeny + moznost kupania v travertinovom krateri s termalnou vodou Liptovsky Jan kupalisko Besenova kupalisko Belusske Slatiny otvoreny a kryty sedaci bazen Oravice kupalisko Vrbov 4 bazeny pre dospelych a 3 pre deti Na zaklade doterajsich skusenosti (Galanta) je mozne povedat, ze vo viacerych slovenskych obciach by bolo mozne pokryt znacnu cast spotreby tepelnej energie v bytovo - komunalnej sfere prave z takychto zdrojov. Napriek tomu, ze geotermalnych zdrojov je u nas dostatok, problem ktory ovplyvnuje ich sirsie vyuzitie spociva dnes predovsetkym vo vysokych financnych nakladoch. Tie suvisia hlavne s geologickym prieskumom a uskutocnenim vrtov do hlbky casto 1500-3000 metrov. Z hladiska svojho potencialu sa ako najperspektivnejsia lokalita u nas ukazuje Kosicka kotlina, ktora je charakteristicka pritomnostou geotermalnych podzemnych vod s teplotou 120-160 st. Celzia, a to v hlbke mensej ako 3000 metrov. Napriklad pod sidliskom Dargovskych hrdinov sa uz v hlbke 800 m nachadza voda tepla 60 st. Celzia. Projekt na vyrobu elektriny z geotermalnej energie bol navrhnuty v Kosiciach uz v roku 1990. Predpokladal vybudovanie geotermalnej elektrarne s vykonom 5 MW, pricom odpadove teplo z elektrarne by sa vyuzivalo na vykurovanie okolitych objektov. Pouzita mala byt zahranicna technologia v cene 60-150 milionov Sk. Naklady na dva vrty do hlbky 2500 metrov by predstavovali 80 milionov Sk. Riesitelom mal byt Stavoprojekt Kosice, realizatorom NAFTA Gbely a uzivatelom miestna samosprava sidliska Dargovskych hrdinov v Kosiciach. Doba vystavby sa predpokladala 14 mesiacov. Tento projekt, umiestneny v oblasti s najvyssim potencialom geotermalnej energie v SR (pozri nasledujucu tabulku), doposial realizovany nebol. Na zaklade prieskumnych vrtov vykonanych v obci Durkov (12 km od Kosic) sa uvazovalo aj s vybudovanim geotermalneho zariadenia, ktore by poskytovalo teplu vodu pre vykurovanie Kosic. Termalny zdroj ma vydatnost 60 litrov/sek., pricom voda by bola cerpana z hlbky 2000 metrov. Energeticka koncepcia pre Slovensku republiku do roku 2005 uvadza nasledujuci potencial jednotlivych oblasti Slovenska. Lokalita Energeticky Ocakavany Rocna vyroba potencial energeticky vykon energie MW MW TJ Kosicka kotlina 1200 200 6000 Popradska 70 25 220 kotlina Liptovska 30 10 100 kotlina Dunajska panva 200 50 400 Levicka kryha 126 50 440 SPOLU 1626 335 7160 JEDNOTKY 10-12 p (pico) 1/1000.000.000.000 10-9 n (nano) 1/1.000.000.000 10-6 æ (mikro) 1/1.000.000 10-3 m (mili) 1/1.000 103 k (kilo) 1.000 106 M (mega) 1.000.000 109 G (giga) 1.000.000.000 1012 T (tera) 1.000.000.000.000 1015 P (peta) 1.000.000.000.000.000 1018 E (eta) 1.000.000.000.000.000.000 1 J (joule) = 1 Ws = 4,1868 cal 1 GJ (gigajoule) = 109 J 1 (kilowatt hodina) kWh = 3.600.000 Joule 1 toe (tona ropneho ekvivalentu) = 7,4 barelov ropy = 1270 m3 zemneho plynu = 2,3 ton uhlia) 1 Mtoe (milion ton ropneho ekv.) = 41,868 PJ m = meter = 3,28 ft (stop) s = sekunda h = hodina W = Watt HP = horsepower (konska sila) cal = kaloria Hz= Hertz (cyklov za sekundu) Elektricky vykon sa meria vo wattoch (W), kilowattoch (kW), megawattoch (MW), atd. 1 kW = 1.000 W 1 MW = 1.000.000 W 1 GW = 1.000 MW 1 TW = 1.000.000 MW Veliciny rychlosti 1 m/s = 3,6 km/h = 2,187 mph (mil/hod) = 1,944 knots (uzlov) 1 knot = 1 namorna mila za hodinu = 0,5144 m/s = 1,852 km/h = 1,125 mph obr. jednotky.jpg Obnovitelne zdroje energie - navrat na publikaciu