THERMES (Kód projektu: APVV-0724-11)

Štruktúra a tepelný stav litosféry západných karpát : potenciál energetických zdrojov tepla suchých hornín Slovenska

Zdroje geotermálnej energie sú podmienené základnými parametrami: geologické prostredie a jeho fyzikálne vlastnosti - priestorové rozloženie, geotermálne, mechanické, hydrologické vlastnosti, dostupnosť, obnoviteľnosť, ekologické využitie,..... Čo najpresnejšie poznanie týchto základných parametrov umožňuje voliť vhodné a efektívne technické a ekonomické formy využitia zdrojov. To platí aj pre špecifickú metódu získavania energie zo zemského telesa - teplo suchých hornín. V širšom zmysle sa jedná o petrotermálne zdroje energie, pretože sa do nich započítava aj tzv. teplo vlhkých hornín.

Využitie hydrogeotermálnych zdrojov má na Slovensku dlhodobú tradíciu. Petrotermálne zdroje sa zatiaľ nevyužívajú. Dôvodom je hlavne vyššia finančná náročnosť súvisiaca s nutnosťou budovania umelých podzemných výmenníkov tepla.  Potenciál petrotermálnych zdrojov energie v našich geologických a geo-fyzikálnych podmienkach (i s ohľadom na súčasné technické a ekonomické možnosti) je však vyšší, pretože umožňuje aj výrobu elektrickej energie prostredníctvom binárnych cyklov. Takto vyrobená elektrická energia je ekologická, obnoviteľná a navyše stabilná (napr. nezávislá od počasia). Popritom zostáva aj možnosť využitia petrotermálnej energie na ohrev vody, vykurovanie a chladenie budov.    

Pre účely celkového posúdenia geotermálneho energetického potenciálu Slovenska vztiahnutého k petrotermálnym zdrojom bol v rokoch 2012 až 2015 riešený projekt agentúry APVV číslo 0724-11 THERMES.  Cieľom projektu bolo vyčlenenie vhodných zdrojových oblastí Slovenska v súčasnosti technicky a eko-nomicky racionálne dostupných hĺbkach do cca 5 km. Energetický potenciál geotermálnych zdrojov bol posudzovaný s ohľadom na jednotlivé výstupové energetické aplikácie podľa získavaných povrchových teplôt (binárne cykly, vykurovanie, ...), na geologické a fyzikálne parametre prostredia pre aplikáciu vyspelých geotermálnych systémov, tepelnú obnoviteľnosť, ... .    

Hlavným metodologickým princípom aktivít projektu bola postupná separácia perspektívnych oblastí zo študovaného územia na základe výstupových energetických, geologických, fyzikálnych  a geotermických kritérií. Pre tieto účely boli využité široké možnosti a skúsenosti pracoviska v oblasti interpretácie experimentálnych dát, modelovania geofyzikálnych polí a geologických interpretácií získaných výsledkov. Výsledky projektu boli dosiahnuté v spolupráci aplikačnou sférou. Špecializované analýzy boli vykonávané firmami EQUIS Bratislava, AB GEO Bratislava, THERMEX Pezinok, HG Service Bratislava a FINING Bratislava. 

Výsledkom projektových aktivít na území Slovenska boli vyseparované perspektívne oblasti pre získavanie energie z petrotermálnych zdrojov.Tieto dávajú podklad pre aplikačnú prax - teda bližší výskum lokalít a uplatnenie technológií vyspelých geotermálnych systémov a v konečnom dôsledku energetické využitie geotermálnych zdrojov.    Hlavným výstupom boli mapy hĺbok so zdrojovou teplotou 160° C, vhodnou pre využitie hlbinného zdroja na výrobu elektrickej energie pomocou binárnych cyklov. K týmto hĺbkam boli konštruované aj mapy litológie prostredia. Zo skúmaného územia boli ako najperspektívnejšie označené oblasti  trebišovskej panvy, podunajskej panvy, Košickej kotliny, Žiarskej kotliny a ďalej vybraných častí viedenskej panvy a východoslovenského flyšového pásma. Vyčlenené boli oblasti podľa troch skupiny litologicky vhodných horninových komplexov: 1.  paleozoické granitoidné a metamorfované komplexy tvoriace hlbinný fundament celého riešeného regiónu, ďalej vulkanity a vulkanosedimenty mladšieho paleozoika ipoltickej skupiny v podloží SV časti Podunajskej panvy, vo východnej časti územia spektrum metamorfovaných hornín paleozoika a mezozoika jednotiek iňačovsko-kričevskej a zemplinika; 2. prevažne mezozoické komplexy príslušné obalovým skupinám, superficiálnym príkrovom a bradlovému pásmu reprezentované najmä karbonatickými horninami a siliciklastikami; 3. prevažne miocénna sedimentárna výplň v hlbokých častiach centier hlavných depresií reprezentovaná najmä ílovcami a pieskovcami miestami so zastúpením vulkanogénnych hornín, vo východnej časti územia tiež paleogénne flyšové sedimentárne série.

 

Brožúra o geotermálnej ehergii Slovenska

Teplo suchých hornín

Napísal(a) | Zverejnené v: Využitie |

Relatívne novou formou využívania zdrojov zemského tepla je prístup tepla suchých hornín (HDR - Hot Dry Rock). Zatiaľ čo hydrotermálne zdroje geotermálnej energie sú viazané na zvodnené prostredie (podzemné zásobníky vody tvoriace uzavretý systém alebo otvorené hydrodynamické systémy v priepustných horninách zvyčajne doplňované zrážkovou vodou) v tomto prístupe sa využíva len teplo horninového prostredia. Odtiaľ je aj označenie petrotermálne zdroje. Hlavnou výhodou je, že tieto zdroje sú prakticky všadeprítomné a po zvládnutí príslušných technológií majú najväčší potenciál na získavanie geotermálnej energie.

Historicky boli najskôr využívané hydrotermálne zdroje či už pasívne z povrchu Zeme alebo aktívne v dosiahnuteľných hĺbkach s vhodnými teplotnými a hydrologickými podmienkami. Existovali však plány získavania energie zo zemskej kôry aj v oblastiach bez hydrotermálnych zdrojov. Vychádzali z poznatkov o rozložení teplotného poľa vo vrchných častiach zemskej kôry. Potenciál sa videl v náraste teplôt s hĺbkou.  

Najznámejšími sa stali plány Nikola Teslu uverejnené v článku  „Our Future Motive Power“ v časopise Everyday Science and Mechanics v roku 1931. Za perspektívnu hnaciu silu okrem iného označil aj paru získavanú v podzemnom výmenníku tepla. V článku bola uvedená aj schéma zariadenia s generátorom elektrickej energie. Výmenník tepla má tvar dvojitého valca.  Vonkajšou časťou prúdi voda nadol a zohrieva sa v kontakte s horúcim horninovým prostredím. Vnútorným izolovaným valcom prúdi para hore do turbíny.   Idea však žiadala dopracovanie, lebo takýto výmenník by potreboval dosiahnuť veľkých hĺbok. Problémom uplatnenia bola hlavne nízka efektivita odovzdávania tepla nadol prúdiacej tekutine z horninového prostredia cez vonkajší plášť výmenníkového systému.  

 

Typy využitia geotermálnej energie

Napísal(a) | Zverejnené v: Využitie |

Geotermálne zdroje sú podľa typu zdrojovej oblasti a naviazaného spôsobu získavania tepelnej energie rozdelené do troch základných skupín:

Zdroj: ©ADEME: www.geothermie-perspectives.fr/article/projet-production-delectricite-ou-cogeneration

  • Najklasickejším typom je hydrotermálny zdroj. V ňom sa povrchová voda postupne zohrieva prechodom cez priepustné geologické prostredie a vyteká pod tlakom na povrch alebo sa získava ťažobnými vrtmi. Väčšina týchto zdrojov je nízko- a strednoteplotných avšak v tektonicky a tým aj termálne najaktívnejších oblastiach je možné získať aj vody s teplotami postačujúcimi na výrobu elektrickej energie v klasických parocykloch respektíve aspoň v takzvaných binárnych cykloch, kde je požadovaná všeobecne nižšia teplota na ústí vrtu. 
  • Teplo suchých hornín (ako druhý typ) sa získava v oblastiach, ktoré sú tepelne aktívne avšak chýba dostatok vody. Zdrojová oblasť sa zväčša upraví stimuláciou (hydro-dynamicky, chemicky,...), vytvorí sa tak umelý podzemný výmenník tepla a injektážnymi vrtmi dodávaná voda sa v ňom ohrieva, sa ďalším vrtom alebo vrtmi čerpala na povrch Zeme a využívala zväčša na výrobu elektrickej energie pomocou binárnych cyklov.
  • Tretí spôsob získavania tepla je naviazaný na použitie tepelných čerpadiel a len na pripovrchové vrstvy Zeme. Využívajú sa hlavne horizontálne systémy výmenníkov tepla v heliotermozóne (najčastejšie teda od metra a pol až do dvoch metrov), kde je teplota silne ovplyvnená slnečným žiarením alebo vertikálne systémy najčastejšie s dosahom do hĺbok 80-200 metrov, kde už denné a ročné zmeny teplôt nemajú veľký vplyv. Tretí spôsob získavania tepelnej energie je široko využívaný najmä na ohrev teplej vody a na kúrenie v rozsahu od jednotlivých rodinných domov až po sídliská, športové či administratívne komplexy.   

Geotermálne zdroje sú využívané podľa teploty vody, ktorá sa dostáva na povrch a naopak zdroje geotermálnej energie sa vyhľadávajú podľa stanovených potrieb.

 

Aquapark Tatralandia v zime. Liptovský Mikuláš, Slovensko (zdroj)

 

Človek bol od svojich začiatkov konfrontovaný s prejavmi zemského tepla na povrchu. Či už to bola sopečná činnosť, horúce pramene, jazerá a ďalšie. V dávnych dobách boli tieto prejavy často spájané s niečím nadprirodzeným, stávali sa súčasťou mýtov a religiozity. Veľký rešpekt vzbudzovali najmä neočakávané udalosti ako sú napríklad sopečné výbuchy. Naopak, napríklad horúce pramene sa stávali symbolmi života, sily, pripisovali sa im liečivé či očistné účinky aj v duchovnom význame.

 

Jazero s geotermálnou vodou. Rotorua, Nový Zéland ( zdroj )