Partner sekcie:
  • Stavmat

Je geotermálna energia budúcnosťou aj pre Slovensko?

Geotermalna energia
Zdroj: iStock

Ľudia sa stále učia využívať geotermálnu energiu (GE) na rôzne účely. Celé stáročia sa pritom využívali geotermálne pramene na kúpanie, vykurovanie a varenie, no až na začiatku 20. storočia začali ľudia zvažovať, či teplo zo Zeme nie je aj praktický zdroj energie s veľkým energetickým potenciálom.

Geotermálna energia predstavuje prírodné teplo zeme, ktoré vzniká rozpadom rádioaktívnych látok a pôsobením slapových síl (vyvolaných gravitačným poľom kozmických telies). Medzi povrchové prejavy GE patria erupcie sopiek, gejzírov, horúcich prameňov, ale aj parných výronov, pričom tieto prejavy sú najspoľahlivejšími ukazovateľmi existencie geotermálnych zdrojov. Tie sa často nazývajú skryté alebo neobjavené zdroje. Vo všeobecnosti sa predpokladá, že počet neobjavených, resp. skrytých zdrojov je podstatne väčší ako počet objavených zdrojov [6].

V súčasnosti našla GE uplatnenie v mnohých odvetviach. Využíva sa na výrobu elektrickej energie, vykurovanie a chladenie budov aj na priemyselné procesy ako sušenie dreva a reziva, spracovanie bučiny a papiera, v poľnohospodárstve na pestovanie ovocia a zeleniny, temperovanie pôdy a mnohé ďalšie. GE sa stala ekologickým a spoľahlivým zdrojom energie.

Mnohé pozitíva z nej robia jeden z kľúčových zdrojov udržateľnej energie budúcnosti. Doteraz sa pritom na svete využíva len malá časť geotermálneho energetického potenciálu, čo necháva priestor na rast a rozvoj v odvetviach výroby elektrickej energie a priameho využitia v sústavách centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) [9].

Zdroje geotermálnej energie

Vo všeobecnosti rozoznávame vysokoteplotné a nízkoteplotné zdroje GE. Vysokoteplotné zdroje (s teplotou nad 150 °C) sa môžu využívať na výrobu elektrickej energie. Tieto zdroje sa nachádzajú v oblastiach, v ktorých je magma blízko zemského povrchu. Najdôležitejšia a najviac rozšírená oblasť sa nazýva Pacifický kruh alebo „ohnivý pás“, nachádza sa na rozhraní amerického a ázijského kontinentu a obkolesuje Pacifický oceán. Táto oblasť zahŕňa všetky krajiny Latinskej Ameriky a tiež Kaliforniu, Aljašku, Kamčatku, Japonsko, Filipíny, Indonéziu a siaha až po Nový Zéland [1].

Nízkoteplotné zdroje GE (s teplotou nižšou ako 150 °C) sa využívajú hlavne na priame využitie tepla a na využitie tepla v SCZT. Priame využitie tepla predstavuje jeden z najstarších a najviac všestranných spôsobov využitia energetického potenciálu. Tieto systémy nájdu uplatnenie v poľnohospodárskych zariadeniach, ale najčastejšie sa využívajú v rekreačných a v balneologických zariadeniach. Nízkoteplotné zdroje sa využívajú hlavne v krajinách Európskej únie, napríklad v Taliansku a Grécku, vo Francúzsku, v Španielsku, Maďarsku a Portugalsku, ale aj na Islande či v Rusku [1].

Obr. 1 Globálne využívanie GE na výrobu elektrickej energie a na nepriame využitie [9]
Obr. 1 Globálne využívanie GE na výrobu elektrickej energie a na nepriame využitie [9] |

Využitie GE vo svete

Predpokladá sa, že počet neobjavených zdrojov GE je podstatne väčší ako počet už objavených zdrojov – analýza energetického potenciálu GE ukázala, že je 5- až 10-krát väčší ako potenciál geotermálnych zdrojov, ktoré už boli objavené. Jednou z krajín, ktorá má veľký potenciál GE, je Island. V geotermálnom hodnotení krajiny sa neuvádzajú neobjavené zdroje.

Odhaduje sa, že množstvo využitej elektrickej energie z 28 objavených vysokoteplotných zdrojov predstavuje zhruba 10,4 % z celkového potenciálu využiteľnej elektrickej energie celej krajiny. Podľa geotermálneho prieskumu to znamená, že celkový potenciál využiteľnej elektrickej energie je 9,6-krát väčší ako objavený a skutočne využívaný energetický potenciál Islandu [2].

Odhad svetového geotermálneho energetického potenciálu predstavuje hodnotu, ktorá sa získala metódou objemového hodnotenia identifikovaných (objavených) geotermálnych zdrojov. V tab. 1 je zhrnutý prehľad odhadovaného energetického potenciálu geotermálnych zdrojov v rámci celého sveta.

Horná hranica energetického potenciálu geotermálnych zdrojov sa získala odhadom, dolná hranica energetického potenciálu geo­termálnych zdrojov sa získala z výsledkov simulačných metód (Steingrimsson a kol. 1992). Výsledky získané pomocou simulačných metód boli 4- až 5-krát menšie ako výsledky získané pomocou metódy objemového hodnotenia [2].

Ako sme už uviedli, povrchové prejavy GE sú najspoľahlivejšími ukazovateľmi existencie geotermálnych zdrojov. V tab. 2 sú zhrnuté počty aktívnych vulkánov a tiež odhadovaný geotermálny energetický potenciál na výrobu elektrickej energie vo vybraných krajinách sveta. Jeho suma (tab. 2) je 81,1 GWe, svetový potenciál sa odhaduje na 210 GWe. To znamená, že 39 % z celkového geotermálneho energetického potenciálu na výrobu elektrickej energie je situovaných v deviatich krajinách sveta [2].

Podľa prieskumu Johna W. Lunda z roku 2010 je jednou z krajín, ktorá vo veľkej miere využíva GE, Island, kde viac ako 87 % obyvateľov využíva vo svojich domovoch vykurovanie s využitím GE, a to prostredníctvom 30 SCZT. Až 54 % celkovej spotreby energie v krajine sa dodáva z priameho tepla a elektrickej energie vyrobenej z geotermálnych zdrojov.

Celosvetovo predstavuje inštalovaná kapacita GE na priame využívanie 41 321 MWt, spotreba energie je pritom 346 386 TJ/r (96 228 GWh/r). Táto energia je distribuovaná do 78 krajín sveta, pričom prvých 16 najväčších spotrebiteľov je uvedených v tab. 3 [3, 6].

Podľa prieskumu Alexandra Richtera z roku 2020 sa počas roku 2019 zvýšil celosvetový inštalovaný výkon na výrobu elektrickej energie o 759 MWe. Tento prieskum udáva prírastok tepelného výkonu počas roku 2019 v rôznych krajinách sveta. Prírastok až 185 MWebol zaznamenaný v Indonézii, 179 MWev Turecku, až 193,3 MWe v Keni, 51,6 MWe v Japonsku a 27 MWe v Mexiku [4].

„Vzhľadom na teplotu máme na Slovensku nízkoteplotné zdroje GE, ktoré možno využívať len na priame využitie.“

Využitie GE na Slovensku

Slovensko je relatívne bohaté na GE. Geologické prieskumy ukázali, že celkový energetický potenciál GE na Slovensku je približne 400 MWt za predpokladu, že sa geotermálna voda (GTV) nevracia do zeme cez reinjektážne vrty [11]. Ak by to tak bolo, tepelnotechnický energetický potenciál by dosahoval hodnotu približne 5 500 MWt [8].

V súčasnosti evidujeme na Slovensku 176 geotermálnych vrtov s teplotou GTV od 40 do 130 °C. Vzhľadom na teplotu ide o nízkoteplotné zdroje GE, ktoré možno využívať len na priame využitie. Celkovo sa u nás GE využíva v 36 lokalitách, inštalovaný výkon dosahuje asi 215 MW, čo je približne 3,1 % z celkového energetického potenciálu GE.

Na Slovensku sa GE využíva najviac na rekreačné účely – ide až o 60 % z celkového inštalovaného tepelného výkonu. Svoje využitie si našla aj v SCZT, a to na úrovni približne 17 %. GE možno využiť aj v potravinárskom či textilnom priemysle a v poľnohospodárstve, kde sa využíva najmä na vykurovanie skleníkov a fóliovníkov na úrovni asi 17 % z celkového inštalovaného tepelného výkonu. O niečo menej známe využitie GE je v rybnom hospodárstve a pri sušení dreva. V tab. 5 je zhrnuté využívanie GE na Slovensku na jednotlivé účely.

V tab. 4 je uvedený prehľad perspektívnych oblastí, v ktorých sa uskutočnili geotermálne vrty. Ich rozdelenie a mapa sú dostupné v publikácii RNDr. Ondreja Franka a kol. Atlas geotermálnej energie Slovenska z roku 1995, pričom tieto údaje boli doplnené o najnovšie údaje o geotermálnych vrtoch na Slovensku. Z tab. 4 vidieť, že najviac vrtov (42) sa nachádza v Centrálnej depresii podunajskej panvy.

Záver

Najväčšou výhodou GE je, že ju neovplyvňujú striedania dňa s nocou, klimatické podmienky ani zmena ročných období. Na druhej strane nemožno s istotou zaručiť životnosť geotermálneho zdroja, pretože ani geologickým prieskumom sa nedajú predvídať zmeny v jednotlivých vrstvách zemskej kôry.

V dlhodobom procese využívania GE sa vyriešilo množstvo nedostatkov geotermálnych energetických systémov (GES), a to vďaka optimalizácii zapojenia systému na jeho efektívne využívanie, vývoju materiálov odolných v styku s GTV a pod. Stále však existuje významný energetický potenciál na zlepšenie hospodárnosti prevádzky GES.

Na Slovensku je 36 oblastí a štruktúr s akumuláciou geotermálnej vody s teplotou od 40 do 130 °C, teda vhodných na využitie na výrobu elektrickej energie, zabezpečenie potreby tepla sídiel – vykurovanie stavebných objektov, na vetranie a klimatizáciu, prípravu teplej vody, ako aj na využitie v potravinárskom a textilnom priemysle a v rekreačných zariadeniach v podobe termálnych kúpalísk. Okrem priameho využitia sa ako sľubná aplikácia ukazuje kombinácia GE s tepelnými čerpadlami, pričom sa efektívne využíva nízkopotenciálne teplo, ktoré by sa iným spôsobom nedalo využiť.

Zvýšenie miery využívania dostupného energetického potenciálu

Využívanie energetického potenciálu GTV však nie je vždy optimálne, na zvýšenie miery využívania dostupného energetického potenciálu preto odporúčame:

  • Vychádzať z daností geotermálneho vrtu. Podstatné sú množstvo GTV alebo výdatnosť v l/s (voľným prelivom alebo čerpaním pomocou hlbinného ponorného čerpadla zabudovaného do vrtu), teplota GTV na hlave vrtu (podstatne určuje, na aké odberné miesta možno GE využívať) a chemické zloženie (ovplyvňuje spôsob využívania GE priamo do odberných miest alebo cez zabudovaný výmenník tepla).
  • Využívať GE v základnom zaťažení (výroba elektrickej energie, vykurovanie, vetranie a klimatizácia, príprava TV, prípadne iná technológia). Špičková energia by sa mala dodávať z doplnkového zdroja tepla na ušľachtilé palivo, prípadne na biomasu.
  • Vypracovať pre riešenú lokalitu podrobnú tepelnú bilanciu (potreba tepla) zásobovaných objektov s ohľadom na prípojné hodnoty v kW a zvoliť si príslušné teplotné spády na jednotlivých stupňoch využívania.
  • Pri jestvujúcom alebo navrhovanom GES sa použije monitorovací a riadiaci systém, ktorý bude sledovať okamžitú spotrebu energie a bude riadiť jednotlivé odberné miesta a využívanie GE podľa vopred stanoveným priorít (maximálne využitie dostupného energetického potenciálu).
  • Monitorovacím a riadiacim systémom kontinuálne sledovať a vyhodnocovať účinnosť využívania GE na jednotlivých stupňoch využívania. Experimentálne merania a počítačové simulácie pomôžu optimalizácii prevádzky.

Efektívne využitie GE pomôže naplniť ciele stratégie Európa 2020, ktorá zaväzuje Slovenskú republiku podľa smernice č. 2010/31/EÚ z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov znížiť spotrebu energie o 20 % do roku 2020, zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov energie o 20 % do roku 2020 a znížiť tvorbu skleníkových plynov o 20 % do roku 2020.

TEXT: Ing. Anna Predajnianska, prof. Ing. Ján Takács, PhD.

Autori pôsobia na Katedre technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol publikovaný v časopise TZB 03/2020.  

Literatúra

1. European Commission: CESEN, BRGM, ETSU, GTN, ORKUSTOFNUN – Blue book on geothermal resources, Luxemburg, 1999, 49 – 50 pp.
2. Stefansson, V.: World Geothermal Assessment. World Geothermal Congress, Antalya, Turkey, 24. – 29. April 2005, 1 – 6 pp.
3. Lund, J.W.: Direct utilization of Geothermal Resources Worldwide. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, Oregon, USA, 2 – 3 pp.
4. Richter, A.: The top 10 Geothermal Countries 2019 – based on installed generation capacity. Article on website Think Geoenergy.

5. Bartko, L. a kol.: Využitie geotermálnej energie v podmienkach Slovenska. Košice, 2014, str. 307.
6. Lund, J. W. – Ruggero, B. – Boyd, T. L.: Worldwide geothermal energy utilization 2015. Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, Oregon, Pisa, Italy, 2015, 4 – 7 pp.
7. Aliyu, S. – Garba, M. M.: Review on Current Global Geothermal Energy Potentials and the Future Prospects. Department of Physic, Faculty of Science, Usmanu Danfodiyo University Sokoto, Nigeria, Atricle in International Journal of Advances in Scientific Research and Engineering, Nigeria, April 2019, 4 pp.

8. Franko, O. a kol.: Atlas geotermálnej energie Slovenska, Geologický ústav Dionýza Štúra v Bratislave, Bratislava, 1995, str. III-13, str. I-9 – I-11.
9. International Geothermal association – Geothermal quick guide, 2018.
10. Petráš, D. a kol.: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. Bratislava: JAGA, 2009, str. 49.
11. Takács, J.: Possibility of Geothermal Water’s Using in Geothermal Energy Systems. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. 61(4), pp. 272, 2017
https://doi.org/10.3311/PPme.10546.
12. Fendek, M. a kol.: Geotermálna energia Slovenska. Vydavateľstvo UK, Bratislava, 2005, str. 122.