Zem a zemské zdroje
Geotermálna energia

Ing. Ladislav Hvizdák, PhD.

Geotermálna energia

Slovo „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 SR

V 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 zásobníku
niekoľkokrát 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 zdroje

Krajina

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