Geotermálna energia predstavuje tepelnú energiu naakumulovanú pod zemským povrchom. Patrí k jednej z mála ľudstvom využívaných foriem energie, ktoré nepochádzajú zo Slnka. Geotermálna energia sa pod zemským povrchom nahromadila počas zrodu našej planéty a patrí medzi obnoviteľné zdroje energie. Z fyzikálneho pohľadu je to teplo, ktoré je dlhodobo uložené v Zemi a vychádza z horúceho jadra, ktoré má teplotu päť až šesť tisíc stupňov Celzia. Teplota jadra sa odhaduje na viac ako 4000 st. C. Na využitie hlbinnnej energie potom môžeme pristúpiť pomocou dvoch systémov - hydrotermálneho a stimulovaného. V prvom prípade sa využívajú takzvané zvodnené vrstvy, ktoré sa prirodzene vyskytujú vo väčších hĺbkach v rádoch kilometrov.
Teplotný nárast v zemskej kôre sa pohybuje od 20 do 40 °C na kilometer s miestnymi maximami, ktoré súvisia s geotermálnymi prameňmi. V hĺbkach niekoľko sto metrov sa často nachádza voda teplá až 200 °C. Geotermálne zdroje boli využívané už v minulosti, napríklad Rimanmi, Turkami alebo Maormi na Novom Zélande.
Princípy a technológie geotermálneho vykurovania
Čo znamená slovo geotermálny?
Slovo „geotermálny“ je gréckeho pôvodu a súvisí s tepelnou energiou vo vnútri zeme, využívajúcou teplo zo zeme. Geotermálna energia je obnoviteľná energia, ktorá sa neustále vytvára, takže sa nikdy nevyčerpá. Vo väčších hĺbkach je teplota stálejšia, pretože na ňu nepôsobia vonkajšie klimatické faktory. Je to večný, nevyčerpateľný zdroj energie, čo neplatí napríklad pre tepelné čerpadlo voda-voda, ktoré je závislé od podzemnej vody.
Spôsoby využitia geotermálnej energie
Spôsobov zužitkovania geotermálnej energie na vykurovanie je niekoľko. Konkrétne využitie závisí hlavne od teploty a kvality termálnej vody alebo termálneho prameňa. Termálna voda je totiž často bohatá na minerály a rôzne iné rozpustené látky. To znemožňuje jej priame napojenie na vykurovaciu sústavu kvôli vysokej pravdepodobnosti zanesenia a upchatia potrubí.
V ojedinelých prípadoch, kedy je kvalita a teplota termálnej vody vhodná na priame využitie, je možné ju napojiť na systém vykurovania bez dodatočného výmenníka tepla. Omnoho častejšie je však vykurovacia voda hnaná čerpadlom do výmenníka tepla umiestneného napríklad v zemnom vrte. Ohrev vody sa preto nezaobíde bez použitia výmenníkov.
Tepelné čerpadlá
Veľmi častým spôsobom využitia geotermálnej energie sú tepelné čerpadlá. Určite ste už počuli o tepelných čerpadlách, ktoré sú v posledných rokoch skutočným hitom na trhu. V zásade poznáme tri typy tepelných čerpadiel: tepelné čerpadlá vzduch-voda, voda-voda a zem-voda. Líšia sa zdrojom, z ktorého využívajú energiu. Na rozdiel od využitia termálnej vody cez výmenník tepla, zapojenie tepelného čerpadla umožňuje využívanie aj nízkopotenciálovej energie, teda energie s nižšími teplotami. Teplota pod zemským povrchom dosahuje stabilné hodnoty už v niekoľkometrovej hĺbke aj na miestach bez priameho geotermálneho zdroja.
V prípade dostupnosti zdroja termálnej vody sa musia vyvŕtať hlbinné vrty. V nich sú následne umiestnené akumulačné potrubia. Ak je použité tepelné čerpadlo typu zem-voda, akumulačná časť čerpadla môže byť umiestnená jednak vertikálne, podobne ako pri type voda-voda, jednak horizontálne.
Princíp fungovania geotermálneho tepelného čerpadla
Tento typ tepelného čerpadla funguje na princípe uzavretého systému. Táto voda potom putuje potrubím do miestností, ktoré vykuruje. Najlepším vykurovacím systémom je tepelné čerpadlo v kombinácii s podlahovým vykurovaním, miestnosti sú vykurované v súlade s príslovím „hlavu maj chladnú, nohy drž v teple“. Ochladená a použitá voda, ktorá ohrievala miestnosti, sa následne vracia do geotermálnej sondy v hlbinách zeme, kde sa znovu ohrieva a celý cyklus sa opakuje.
Geotermálne vykurovanie funguje na princípe využívania tepla zo zeme na vykurovanie budov. Systém sa skladá z potrubí, ktoré sú uložené buď vodorovne v pôde (v hĺbke približne 1,5 - 2 metre) alebo vertikálne vo vŕtoch (často až do hĺbky niekoľkých desiatok metrov). Tieto potrubia obsahujú nemrznúcu kvapalinu, ktorá cirkuluje a absorbuje teplo zo zeme. Vodné zdroje: Niekedy sa namiesto zeme používajú vodné zdroje, ako sú jazerá, rieky alebo podzemné vody. Potrubia môžu byť ponorené do týchto zdrojov, kde kvapalina absorbuje teplo priamo z vody.
Tepelné čerpadlo funguje na podobnom princípe ako v chladničke, ale v opačnom smere. Kompresia chladiva: Chladivo v tepelnom čerpadle absorbuje teplo z kvapaliny a následne prechádza cez kompresor, kde sa jeho tlak a teplota zvýšia. Získané teplo sa prenáša do vykurovacieho systému budovy, čo môže byť podlahové vykurovanie, radiátory, alebo iný typ vykurovania. Po odovzdaní tepla v budove sa ochladená kvapalina vracia späť do zeme alebo do vodného zdroja, aby znovu absorbovala teplo. Opakovanie cyklu: Geotermálny systém funguje v uzavretom cykle, čo znamená, že kvapalina neustále cirkuluje a znovu a znovu absorbuje teplo zo zeme alebo vody.
Systémy s vertikálnymi sondami a horizontálnymi kolektormi
Systémy s vertikálnymi sondami využívajú dlhé vertikálne vrty, ktoré sú zasunuté do zeme. Systémy s horizontálnymi kolektormi tento typ systému využíva široké, plytké kolektory položené horizontálne v zemi. Systémy s povrchovými vodami využívajú vodné zdroje ako sú rybníky alebo potoky, kde sa teplo získava z povrchových vodných telies.
Výhody a nevýhody geotermálneho vykurovania
Výhody
Každé tepelné čerpadlo má svoje výhody a nevýhody. Geotermálne tepelné čerpadlo používané na geotermálne vykurovanie má mnoho výhod. Prvou výhodou je, že je mimoriadne odolné, keďže jeho životnosť sa odhaduje na viac ako 25 rokov bezporuchovej prevádzky. Keďže je ukryté pod zemou, nie je vystavené poveternostným vplyvom, ktoré spôsobujú poškodenie. Pre porovnanie, priemerná životnosť tepelného čerpadla vzduch-voda sa odhaduje na niečo viac ako 15 rokov, poruchy sú častejšie.
Ďalšou výhodou je všadedostupný zdroj vykurovania: teplo zo zeme. Na rozdiel od podzemnej vody, ktorá nie je dostupná na každom pozemku, geotermálna energia sa dá využiť všade.
Geotermálne systémy využívajú stabilnú teplotu zeme na vykurovanie aj chladenie, čo znamená, že spotrebujú oveľa menej elektrickej energie než tradičné vykurovacie systémy. Efektívne využitie energie: Vďaka tomu, že geotermálne systémy neprodukujú teplo priamo, ale ho získavajú z prírodných zdrojov, sú schopné poskytnúť viac tepelnej energie v porovnaní s množstvom elektriny, ktorú spotrebujú. Využívanie konštantnej teploty: Zem má pod povrchom stabilnú teplotu počas celého roka, čo umožňuje geotermálnym systémom účinne vykurovať budovy v zime a ochladzovať ich v lete. Zníženie emisií: Geotermálne systémy neprodukujú pri prevádzke žiadne priame emisie skleníkových plynov, čím sa znižuje uhlíková stopa budov. Udržateľné využívanie energie: Geotermálna energia je obnoviteľná a stabilná, čo znamená, že jej využívanie nezávisí od vyčerpateľných zdrojov energie, ako sú fosílne palivá. Spoľahlivosť systému: Geotermálne vykurovacie systémy majú menej pohyblivých častí než tradičné systémy, čo znamená nižšiu pravdepodobnosť mechanických problémov a porúch. Dlhá životnosť: Komponenty geotermálneho systému, ako sú podzemné slučky, môžu vydržať 50 rokov a viac, zatiaľ čo tepelné čerpadlá zvyčajne vydržia 20 až 25 rokov.
Nevýhody
Jedinou nevýhodou geotermálneho tepelného čerpadla je jeho cena. Ide totiž o najdrahší typ tepelného čerpadla, ktoré môže byť až 2-krát drahšie ako tepelné čerpadlo vzduch-voda.
Geotermálna voda môže obsahovať vysoké množstvo chloridov a iných nečistôt, môže sa v nej tvoriť vodný kameň a usadeniny, čím sa znižuje výkonnosť technologických zariadení.
Využitie geotermálnej energie v praxi
Chladenie budov
Tak ako geotermálnym tepelným čerpadlom vykúrite dom v zime, v lete ho môžete ochladiť. Teplota v hlbinách zeme je konštantná, čo znamená, že v zime je oveľa vyššia ako atmosférická teplota a v lete nižšia. Voda je ďalej ochladzovaná vnútornou jednotkou tepelného čerpadla a odtiaľ putuje do koncových miestností, ktoré príjemne ochladí. Tak ako je na vykurovanie najlepšie podlahové kúrenie, na chladenie je najlepšie stropné alebo stenové chladenie.
Efektivita a výkon
Vykurovanie domu pomocou geotermálnej energie je veľmi efektívne. Geotermálne vykurovanie geotermálnym tepelným čerpadlom dosahuje veľmi vysoké výkonové číslo 3,8. Uzavretý systém vyžaduje veľmi málo energie na cirkuláciu média (nosič tepla - voda) okolo 100 W.
Inštalácia a náklady
Geotermálne tepelné čerpadlo získava teplo geosondou, ktorá je umiestnená hlboko v zemi. Ako hlboko musí ísť závisí od viacerých faktorov, ale v zásade geosonda na vykurovanie rodinných domov dosahuje hĺbku 50 až 200 m. Na inštalovanie geosondy potrebujeme otvor (vrt) vyrobený kvalifikovanou firmou na tepelné čerpadlá. Pred vŕtaním otvorov pre geosondy je potrebné vykonať geologický rozbor pôdy.
Priemerné ceny sa pohybujú od 8 000 do 15 000 EUR, pričom náklady závisia od zložitosti terénu a náročnosti vŕtania dier a spotreby tepla vo vašej domácnosti. Kúpou tepelného čerpadla máte nárok aj na štátnu dotáciu, ktorá pokryje približne tretinu nákladov na obstaranie tepelného čerpadla. Aj keď je počiatočná investícia do geotermálneho tepelného čerpadla pomerne vysoká, je kľúčové zvážiť dlhodobé náklady počas životnosti tepelného čerpadla a sebestačnosť, ktorá je neoceniteľná. Počiatočná investícia sa vráti o niečo viac ako 10 rokov.
Výkop a inštalácia potrubí: Podľa vybraného systému sa vykonávajú vrty, výkop alebo inštalácia potrubí. Inštalácia tepelného čerpadla: Tepelné čerpadlo sa nainštaluje v budove a pripojí sa k potrubnému systému. Testovanie a uvedenie do prevádzky: Po inštalácii sa systém testuje, aby sa zabezpečilo, že všetko funguje správne. Dĺžka inštalácie geotermálneho systému závisí od veľkosti projektu a typu systému.
Príklady využitia na Slovensku a v zahraničí
Geotermálna energia v 35 lokalitách na Slovensku predstavuje zhruba 93 MW inštalovaného výkonu. Do prevádzky bolo uvedené Geotermálne centrum v Galante. Geotermálny zdroj v Galante predstavuje 10 MW. Využitie z takýchto zdrojov však naráža na vysoké finančné náklady a uskutočnenie vrtov do hĺbky často 1500-3000 metrov.
V Košiciach bol v roku 1990 navrhnutý projekt využitia geotermálnej energie s teplotou 120-160 st. Celzia v hĺbke menšej ako 3000 metrov. Teplota vody v hĺbke 3000 metrov by predstavovala 60 st. C. V roku 1990 bol navrhnutý projekt na získavanie geotermálnej energie v Košiciach, ktorý by sa využíval na vykurovanie okolitých objektov. Technológia v cene 60-150 miliónov Sk. Vrty do hĺbky 3000 metrov by predstavovali 80 miliónov Sk. Projekt bol navrhnutý pre sídlisko Dargovských hrdinov v Košiciach. Po takmer dvoch rokoch práce by sa projekt mohol realizovať. Využitie geotermálnej energie v SR (pozri nasledujúcu tabuľku), doposiaľ realizovaný nebol. Geotermálne pramene hlavne v poľnohospodárstve a energia vody bola využitá dosť nehospodárne. No aj napriek tomu je možné využívať teplú vodu pre vykurovanie Košíc.
Slovensko má podľa ministra životného prostredia Tomáša Tarabu (nominant SNS) vhodné predpoklady na efektívne využívanie geotermálnej energie. Bratislava/Veľká Lomnica 19. septembra (TASR) - Investičný projekt vo Vysokých Tatrách umožní využívať teplo z geotermálneho vrtu na výrobu elektrickej energie a tepla. Envirorezort tento projekt podporil sumou vyše 746.000 eur. Lomnická teplárenská získala na tento účel dotáciu v rámci tzv. hybridnej výzvy na modernizáciu teplárenstva, ktorú spravuje Environmentálny fond. Geotermálnou energiou z existujúceho vrtu vo Veľkej Lomnici sa bude podľa MŽP SR zásobovať golfový areál, rodinné aj apartmánové domy. Realizácia projektu má priniesť zvýšenie účinnosti distribúcie tepla, a to zo súčasných 235,36 megawatthodiny za rok na 505,89 megawatthodiny za rok. Zároveň sa počíta s ročným znížením produkovaných emisií oxidu uhličitého o približne 144,6 tony, tvrdí rezort. Priblížil, že projekt by mal byť zrealizovaný do ôsmich mesiacov tak, aby práce neohrozili dodávky tepla v hlavnom vykurovacom období. Slovensko má podľa ministra životného prostredia Tomáša Tarabu (nominant SNS) vhodné predpoklady na efektívne využívanie geotermálnej energie. „Som rád, že sme zazmluvnili investičný projekt kvalitnejšieho využitia geotermálnej energie vo Vysokých Tatrách, ktorý zvýši energetickú hospodárnosť a zníži emisie. Envirorezort doposiaľ schválil z hybridnej výzvy celkovo 27 projektov naprieč celým Slovenskom za 149 miliónov eur.
Nový vrt vo Veľkom Mederi umožnil zásobovanie domácnosti v bytových domoch teplom z geotermálnej energie, ktorá nahradila plyn. Prvý z týchto projektov, v meste Galanta, spustili do prevádzky v roku 1996 a z dvoch geotermálnych vrtov spoľahlivo zásobuje teplom sídlisko s približne 1 300 bytmi a tiež rozsiahlu nemocnicu s poliklinikou. V Seredi sa geotermálna energia využíva na vykurovanie budov, teplota vody je 66 °C. Najvyššia teplota geotermálnej vody, ktorá sa v súčasnosti využíva na vykurovanie, dosahuje hodnotu 96 °C. Ide o geotermálnu vodu z vrtu VM-1 v meste Veľký Meder, ktorý sa realizoval v roku 2016 a odvety sa využíva na zásobovanie teplom v CZT.
V Holandsku čerpajú geotermálne teplárne teplú vodu z hĺbky najmenej 500 metrov. Holandsko je druhým najväčším exportérom potravín na svete, čoho významným zdrojom je pestovanie v skleníkoch na ploche 9 000 hektárov.
Školy, nemocnice, sídla bánk, vládne budovy či kultúrne pamiatky - na teplo z hlbín zeme sa spolieha množstvo stavieb na celom svete. Využívať geotermálnu energiu na tento účel z relatívne malých hĺbok je možné vďaka tepelným čerpadlám. Z európskych budov sa jedným z ukážkových príkladov využitia geotermálnej energia stal nový maltský parlament (Parliament House). Súčasťou riešení je využitie geotermálnej energie, ktorá sa čerpá z hĺbky 140 metrov. Pozadu nie je ani nemecký Bundestag, ktorý po rekonštrukcii takisto využíva ako zdroj tepla a chladu geotermálnu energiu. V období najvyššej spotreby tepla sa zadržiava vo veľkých podzemných nádržiach. Geotermálne teplo využívajú aj bruselské budovy známych inštitúcií. Objekt, v ktorom pracuje 2 500 zamestnancov, je vykurovaný a chladený vďaka geotermálnej energii. Kancelárie pomocou tepla zo zeme zásobuje teplom vo svojom hube v holandskom meste Zeist aj Svetový fond na ochranu prírody. Najmodernejšie technologické riešenia využíva aj nová budova sídla medzinárodnej banky BPN Paribas Fortis v Bruseli. Po šesťmesačnom čerpaní horúcej podzemnej vody sa vlani naplnil rezervoár s objemom 14-tisíc kubických metrov. Ďalšou známou spoločnosťou, ktorá využíva už dlhšie geotermálne riešenia vo svojich predajniach, je švédsky reťazec IKEA. Napríklad v americkom Colorade má od roku 2010 pobočku, ktorá sa spolieha práve na tento zdroj. Na geotermálnu energiu stavil aj americký Google, ktorý pre svoj nový kampus v lokalite Bay View zvolil tento spôsob získavania tepla a chladu. Dokonca vybudoval najväčšie geotermálne „čerpadlo“ na severoamerickom kontinente.
Budúcnosť a potenciál geotermálnej energie
Geotermálna energia predstavuje obrovský a hlavne obnoviteľný zdroj energie. Lídrom vo využívaní je Island, ktorý je charakteristický svojou vysokou geotermálnou aktivitou. Energia zdražuje, a tak sa ľudia aj inštitúcie obzerajú po ďalších zdrojoch, ktoré by mohli nahradiť alebo doplniť tie existujúce. Jeden taký, s pomerne veľkým potenciálom, je geotermálna energia.
V sektore vykurovania sa stále viac pozornosti venuje geotermálnej energii ako alternatíve k tradičným fosílnym palivám. Najmä tam, kde môže v systémoch CZT nahradiť tradičné palivá. Investícia do geotermálnych vrtov môže priniesť výrazné finančné úspory. Počiatočné náklady na inštaláciu sú síce vyššie, ale prevádzkové náklady sú podstatne nižšie v porovnaní s tradičnými systémami vykurovania a chladenia. Geotermálne vrty poskytujú stabilný a spoľahlivý zdroj energie, ktorý nie je závislý od externých dodávok paliva.
Naša spoločnosť sa špecializuje na realizáciu geotermálnych vrtov pre tepelné čerpadlá. Sme širokospektrálna firma, ktorá vie zabezpečiť rôzne hĺbky a šírky vrtov podľa potrieb našich zákazníkov. Komplexné služby: Naša spoločnosť disponuje špecializovanými tímami a technológiami, ktoré umožňujú realizovať vrty presne podľa špecifikácií a geologických podmienok lokality. Profesionalizmus a kvalita: Naši odborníci dbajú na každý detail a zanechávajú po sebe čistú a upratanú pracovnú plochu. Naša práca je vždy vykonaná s najvyššou precíznosťou a ohľadom na okolité prostredie. Skúsený tím: Naša firma nie je „one-man show“.
Inteligentné mestá a digitálna inteligencia by mohli mestám pomôcť dosiahnuť pokrok pri plnení 70 % ich cieľov udržateľného rozvoja. Možnosť diaľkového monitorovania a vykonávanie špecializovaných analýz umožňujú presnejšiu a efektívnejšiu prevádzku, informovanejšie rozhodovanie a cielené zásahy. Naše mestá, ktoré spotrebujú viac ako dve tretiny svetovej energie, zohrávajú kľúčovú úlohu pri riešení klimatickej krízy. Značná časť spotreby energie v mestách je použitá na vykurovanie a chladenie, čo znamená, že zlepšenie energetickej účinnosti je prvoradé.
tags: #vykurovanie #budov #geotermalnou #energiou