Využitie geotermálnej energie pre vykurovanie

Geotermálna energia je tiché teplo ukryté pod našimi nohami - čistý, obnoviteľný zdroj, ktorý môže zásobovať domácnosti aj priemysel teplom a elektrinou. Predstavuje tepelnú energiu naakumulovanú pod zemským povrchom, ktorá patrí k jednej z mála ľudstvom využívaných foriem energie, ktoré nepochádzajú zo Slnka. Toto teplo zo zemského vnútra vzniká najmä rozpadom rádioaktívnych prvkov ako urán, tórium a draslík v zemskom plášti. Následne sa prenáša smerom k povrchu, kde môže byť využité na výrobu elektriny, vykurovanie či chladenie budov.

Teplo, ktoré pochádza z vnútorných vrstiev Zeme, je prirodzeným a stabilným zdrojom, dostupným neustále, nezávisle od počasia či dennej doby. V hlbších vrstvách sa teplota zvyšuje približne o 30 °C na každý kilometer hĺbky, čo sa nazýva geotermálny gradient.

Princípy získavania a fungovania geotermálnej energie

Geotermálny systém funguje na princípe odoberania tepla zo zeme prostredníctvom tepelného výmenníka alebo vrtu. Získavanie geotermálnej energie prebieha vŕtaním do zeme, čím sa dosiahne horúca voda alebo para. Nízko-teplotné systémy následne využívajú toto teplo priamo na vykurovanie či ohrev vody. Teplá voda sa môže použiť aj na chladenie alebo v priemysle. Pri využívaní tepla zo Zeme cirkuluje teplonosné médium cez rúry uložené vertikálne, radiálne a horizontálne.

Historický vývoj využitia geotermálnej energie

História využitia geotermálnej energie siaha až do vzdialenej minulosti. Už staroveké civilizácie, ako boli Rímska ríša, Čína a Grécko, využívali geotermálnu energiu na kúrenie a liečebné účely. Prvým verejným geotermálnym vykurovacím systémom bol systém vybudovaný v roku 1892 v meste Boise, Idaho, v Spojených štátoch. Počas 20. storočia sa postupne zvyšoval záujem o využitie geotermálnej energie a začala sa vyvíjať aj technológia na jej efektívne využitie. V súčasnosti je geotermálna energia využívaná na celom svete a je súčasťou mnohých energetických stratégií krajín, ktoré sa snažia diverzifikovať svoj energetický mix.

Rozmanitosť využitia geotermálnej energie podľa teploty

Využitie geotermálnej energie môže byť rozdelené do dvoch hlavných kategórií - výroba tepla a výroba elektriny, pričom konkrétne využitie závisí hlavne od teploty a kvality termálnej vody alebo termálneho prameňa. Celý interval teplôt je potom možné využiť aj na aplikáciu viacerých technológií zapojených do reťazca či reťazcov v sérii alebo paralelne. Pri výrobe tepla je geotermálna energia využívaná na kúrenie a výrobu teplej vody pre domácnosti a priemyselné účely. Pri výrobe elektriny je geotermálna energia využívaná na poháňanie turbín, čo vytvára elektrickú energiu.

Stručná tabuľka použitia geotermálnych zdrojov podľa teploty

Technické aspekty využitia pre vykurovanie

Termálna voda je často bohatá na minerály a rôzne iné rozpustené látky. To môže znemožniť 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.

Využitie tepelných čerpadiel

Veľmi častým spôsobom využitia geotermálnej energie sú tepelné čerpadlá. Tie môžu byť typu zem - voda, voda - voda a vzduch - voda. Na rozdiel od využitia termálnej vody cez výmenník tepla, zapojenie tepelného čerpadla umožňuje využívanie aj nízkopotenciálovej energie, teda energie s nižšími teplotami. S použitím technológie tepelných čerpadiel tak možno na vykurovanie a chladenie budov využiť aj teploty pod 10°C dosiahnuteľné v najvrchnejších častiach Zeme, hoci v takomto prípade je celkový dosiahnuteľný výkon menší.

Teplota pod zemským povrchom dosahuje stabilné hodnoty už v niekoľkometrovej hĺbke aj na miestach bez priameho geotermálneho zdroja, čo umožňuje efektívne odoberanie tepla zo zeme. V prípade dostupnosti zdroja termálnej vody sa musia vyvŕtať hlbinné vrty, v ktorých 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.

Systémové riešenia na využitie zemného tepla na vykurovanie a chladenie s použitím tepelného čerpadla predstavuje napríklad systém Raugeo od Rehau. Kombinácia s plošnými systémami, ku ktorým patrí podlahové vykurovanie, stropné chladenie alebo temperované betónové jadro, je pre tento systém optimálna vzhľadom na stabilné teploty v primárnom systéme (geotermika) aj v sekundárnom systéme. Geotermálne sondy sú jednou z najefektívnejších metód využitia zemného tepla. Zvyčajne sa umiestňujú do hĺbky 100 až 150 metrov, aby mohli spoľahlivo využívať konštantnú teplotu vo väčších hĺbkach Zeme. Sonda Raugeo PE-Xa green predstavuje novinku vo vývoji geotermálnych sond, je vyrobená z mimoriadne odolného zosieťovaného polyetylénu a má zdrsnenú vonkajšiu vrstvu, ktorá zabezpečuje tesnosť vrtu a optimalizuje prenos tepla.

Výhody a nevýhody geotermálnej energie

Geotermálna energia patrí medzi najspoľahlivejšie obnoviteľné zdroje, no ako každý systém, má svoje silné aj slabšie stránky. Pri rozhodovaní o jej využití je dôležité poznať obe strany.

Výhody geotermálnej energie:

• Nízke emisie: Pri výrobe energie nevzniká takmer žiadne znečistenie ani skleníkové plyny.
• Stabilná dodávka energie: Funguje nepretržite, bez ohľadu na dennú dobu či počasie.
• Nízke prevádzkové náklady: Počiatočná investícia je síce vyššia, ale samotná prevádzka je lacná a spoľahlivá.
• Dlhá životnosť systémov: Kvalitná technológia vydrží desiatky rokov bez výrazných výkonových strát.
• Energetická sebestačnosť: Vhodná pre domácnosti, firmy aj samosprávy, ktoré chcú znížiť závislosť od externých dodávateľov.

Nevýhody geotermálnej energie:

• Vysoké vstupné náklady: Vŕtanie, projekt a inštalácia si vyžadujú značný kapitál na začiatku.
• Závislosť od geologických podmienok: Nie každá lokalita má vhodné podložie pre ekonomicky výhodné využitie.
• Environmentálne riziká: V niektorých prípadoch môže dôjsť k narušeniu podzemných vôd alebo k miernym seizmickým javom.
• Obmedzená škálovateľnosť: Veľké geotermálne elektrárne sú efektívne najmä v oblastiach so sopečnou alebo tektonickou aktivitou.

Geotermálna energia na Slovensku

Geotermálna energia na Slovensku má veľký, no zatiaľ málo využitý potenciál. Odhaduje sa, že by mohla pokryť až 30 % potreby tepla v krajine. Doteraz sme však využili iba malý zlomok tohto potenciálu. Využitie sa zatiaľ sústreďuje najmä na rekreačné a kúpeľné účely. Úrad verejného zdravotníctva povolil v roku 2022 využívanie až 179 bazénov s termálnou vodou, ktoré fungujú v podobe kúpalísk a wellnessov po celej krajine. Samostatnou kapitolou sú liečivé kúpele; Slovensko sa môže pochváliť až 82 vrtmi so zdraviu prospešnou vodou.

Pomaly však pribúdajú aj projekty pre centrálne vykurovanie miest. Medzi ne patria napríklad: Veľký Meder, Sereď, Galanta a Šaľa. Vo Veľkom Mederi je teplom z geotermu zásobovaných 1200 domácností na miestnom sídlisku. Vďaka energetickej sebestačnosti sa v čase krízy mohli spoľahnúť na stabilné ceny tepla a skokový nárast cien zemného plynu sa ich nedotkol. Vo výstavbe je aj projekt v Kežmarku, ktorý počíta s dodávaním tepla pre 1500 domácností a miestnu školu.

Geotermálna energia na Slovensku má veľký potenciál, najmä kvôli vysokým investičným nákladom a pomalému rozvoju infraštruktúry. Južné Slovensko a východné regióny ako Košice disponujú kvalitnými ložiskami. Práve v Košiciach sa realizuje najväčší geotermálny projekt v strednej Európe s investíciou viac ako 56 miliónov eur, ktorý má do roku 2028 zabezpečiť štvrtinu tepla mesta z obnoviteľných zdrojov a významne prispieť k rozšíreniu geotermálneho vykurovania na Slovensku.

Dlhé roky sa skloňuje aj štátny zámer využitia geotermálnej energie pri Ďurkove, kde je teplota geotermálnych vôd od 126 do 129 stupňov Celzia, vhodná dokonca aj na výrobu elektriny. Projekt bol navrhnutý v roku 2010, ale doteraz nebol realizovaný. Aj keď vhodné predpoklady na výrobu elektriny z geotermu sú najmä v Podunajskej nížine, Východoslovenskej nížine a oblasti Pohronia, na Slovensku sa zatiaľ elektrina z geotermálnej energie neprodukuje. V blízkej budúcnosti by sa to malo zmeniť, keďže v procese povoľovania sú dva projekty geotermálnych stredísk spoločnosti PW Energy pri Žiari nad Hronom a pri Prešove.

Na Slovensku máme 141 geotermálnych vrtov, avšak takmer 50 z nich sa v súčasnosti nevyužíva. Dôležité je tiež, že pre efektívne získavanie energie, najmä pre výrobu elektriny, je potrebné vŕtať do značných hĺbok, čo zvyšuje náklady. Potenciál geotermálu na Slovensku teda poznáme, a do budúcnosti sa bude len spresňovať. Budúcnosť využitia geotermálnej energie je sľubná - dopyt po obnoviteľných zdrojoch energie rastie a súčasne sa zlepšujú aj technológie.

Globálny prehľad a zaujímavosti

Geotermálna energia sa využíva najmä v oblastiach s vulkanickou činnosťou, ako napríklad Island, Nový Zéland, Filipíny alebo Kalifornia. Pomocou moderných technológií sa dá získať aj v menej aktívnych regiónoch - napríklad v Nemecku (Bavorsko), Francúzsku (Île-de-France), Maďarsku (Szeged) či Dánsku. Vo svete sú lídrami vo výrobe elektrickej energie z geotermu USA, nasledované Indonéziou, Filipínami, Tureckom a Novým Zélandom. Desiatku najväčších producentov dopĺňajú Mexiko, Taliansko, Keňa, Island a Japonsko.

Zaujímavosti o geotermálnej energii vo svete:

• Najväčšia geotermálna elektráreň sa nachádza v Kalifornii (The Geysers) s výkonom viac než 750 MW.
• Island pokrýva 90 % potreby vykurovania geotermálnou energiou. V niektorých oblastiach Islandu sa geotermálne potrubia používajú nielen na vykurovanie domov, ale aj na odhrievanie chodníkov a ciest, aby sa zabránilo poľadovici počas zimy.
• Yellowstonský národný park, USA, je domovom viac než polovice svetových gejzírov a termálnych prameňov.
• NASA skúma využitie geotermálnej energie pre základne na iných planétach.
• Kola Superdeep Borehole v Rusku, najhlbší vrt sveta (12 262 m), pôvodne určený na výskum, poskytol významné informácie o štruktúre Zeme.
• Japonský geotermálny vrt v oblasti Kakkonda dosiahol hĺbku približne 3732 metrov a slúži na výrobu tepla a elektriny.
• Rotorua termálne oblasti na Novom Zélande sú známe svojimi horúcimi prameňmi a lávovými poliami, ktoré sú dôležitou turistickou atrakciou a využívajú sa na výrobu tepla, elektriny a liečebné účely.

tags: #vyuzitie #geotermalnej #energie #pre #vykurovanie