Hlbinné zdroje geotermálnej energie SR – tepelné podmienky
Napísal(a) Dušan Majcin a Dušan Bilčík | Zverejnené v: O výsledkoch |Pri vyhľadávaní a hodnotení hlbinných zdrojov geotermálnej energie je primárnych kritériom teplota danej zdrojovej oblasti a tiež možnosti obnoviteľnosti zdroja počas čerpania energie z horninového prostredia. Pre potreby výroby elektrickej energie pomocou binárnych cyklov (Kalina, ORC a iné) sa vyhľadávajú hlbinné zdroje so žriedlovými teplotami na úrovni 160 °C a teda so zaručenými hodnotami teplôt na povrchu cca 120 °C. Dané hodnoty postačujú na efektívne využitie technológií binárnych cyklov. Teoreticky by postačovali aj žriedlové teploty na úrovni 130 °C avšak účinnosť využitia energie by bola veľmi nízka. Základným údajom o obnoviteľnosti zdroja geotermálnej energie je výnos tepla z hĺbok zemského telesa, ktorý sa na povrchu odráža hlavne v parametri hustoty tepelného toku.
Pre účely základného výskumu zdrojov geotermálnej energie SR bola skonštruovaná mapa hustoty zemského tepelného toku pre širšie skúmané územie a tiež rozloženia teplôt vo vybraných hĺbkových hladinách na základe poznatkov z priamych meraní teplôt a tiež z modelovacích prístupov. Z týchto pomocných dát sa potom konštruujú mapy hĺbok pre požadované teploty zdrojov. Získané finálne mapy sú využívané na ďalšie hodnotenia zdrojov podľa geologických, technických a ekonomických kritérií.
Mapa hustoty zemského tepelného toku pre územie SR a okolie s vyznačením povrchových geologických štruktúr.
Príkladová mapa rozloženia teplôt na hĺbkovej hladine 4000 m pod povrchom Zeme pre oblasť Východoslovenskej panvy
Litologické zloženie hlbinných geotermálnych zdrojov na území Slovenska
Napísal(a) Vladimír Bezák and Dušan Majcin | Zverejnené v: O výsledkoch |Teritórium Slovenska patrí k veľmi perspektívnym oblastiam Európy z hľadiska využitia geotermálnej energie. Aplikovaný geotermický výskum aj modelovacie prístupy ukázali kvalitné tepelné podmienky vo viacerých oblastiach Slovenska. Záujmom komplexného výskumu možností využitia geotermálnej energie sa v ostatnom čase stali jednak široko využívané hydrotermálne zdroje ale aj petrotermálne typy zdrojov (predtým užšie špecifikovaných ako teplo suchých hornín). Výskumné aktivity smerovali hlavne na možnosti produkcie elektrickej energie z hlbinných geotermálnych zdrojov a to pomocou binárnych cyklov, ktoré nepožadujú také vysoké teploty ako klasické cykly. To znamenalo hľadať zdrojové oblasti s teplotami na úrovni 160 °C. Výsledkom sú mapy hĺbok s danými teplotami i ďalších tepelných charakteristík (Majcin a kol. 2017).
Ďalším cieľom bolo využiť získané finálne mapy na hodnotenia zdrojov podľa technických a ekonomických kritérií a napokon podľa geologických podmienok. S ohľadom na to, že súčasné metódy vŕtania sú bezpečné a efektívne pre hĺbky na úrovni 5 km použili sme túto hĺbku ako kritérium pre základnú klasifikáciu zdrojov a to tak, že zdroje s hĺbkami do 5 km sme označili ako prvej kategórie a zdroje s hĺbkami medzi 5 až 6 km druhej kategórie. Pre vyhodnotenie podmienok získavania geotermálnej energie na území Slovenska sme napokon použili predpokladané litologické zloženie v hĺbkach s teplotou 160 °C. Pri konštrukcii máp litologického zloženia boli využité známe geologické a geofyzikálne poznatky o vrchných častiach zemskej kôry. Vychádzali sme najmä z máp konštruovaných O. Fusánom v Atlase geotermálnej energie Slovenska (Franko et al. 1995).
Základné tektonické členenie predpokladaných horninových komplexov na území Slovenska v hĺbkach definovaných teplotou 160 ◦C. 1 – neogénne sedimenty a vulkanoklastiká, 2 – lokality s predpokladanými subvulkanickými intrúziami, 3 – flyšové pásmo s Európskou platformou v podloží, 4 – flyšové pásmo s pieninickou kôrou v podloží, 5 – Iňačovsko-Kričevská jednotka, 6 – kryštalické komplexy tatrika, 7 – kryštalické komplexy veporika, 8 – premenené kryštalické komplexy veporika s predpokladaným kadómskympodložím, 9 – mezozoické komplexy fatrika, 10 – rochovské granity, 11 – gemerikum s veporikom v podloží, 12 – zemplínska jednotka, 13 – jednotky Východných Álp, 14 – tektonická jednotka Pelső,15 – hranice horninových komplexov a zlomy, 16 – os Karpatskej vodivostnej zóny, 17 – referenčná pozícia bradlového pásma, 18 – rozloženie hĺbok izotermálnej plochy s teplotou 160 °C zakreslené s krokom izolínií 500 m. Čísla v krúžkoch označujú oblasti druhej kategórie teda s hĺbkami požadovanej teploty medzi 5 až 6 km
Litologické komplexy na úrovni izotermy ležiacej v hĺbke do 5 km v oblasti východného Slovenska. 1 – neogénne sedimenty, 2 – neogénne vulkanoklastiká, 3 – oblasti s predpokladanými subvulkanickými intrúziami, 4 – flyšové pásmo s Európskou platformou v podloží, 5 – flyšové pásmo s pieninickou kôrou v podloží, 6 – bradlové pásmo, 7 –Iňačovsko-Kričevská jednotka, 8 – kryštalické komplexy tatrika, 9 – mezozoický obal tatrika, 10 – metamorfované komplexy veporika, 11 – prevažne granitoidné komplexy Veporika, 12 – mezozoický obal kryštalinika Veporika, 13 – mezozoické komplexy Fatrika, 14 – sekundárne premenené kryštalinické komplexy veporika s predpokladaným kadómskym podložím, 15 – kryštalické komplexy zemplinika, 16 – vrchné paleozoikum a mezozoický obal kryštalinika zemplinika.
Projekt Thermes a geotermálna energia Slovenska
Napísal(a) Dušan Majcin a Dušan Bilčík | Zverejnené v: O výsledkoch |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.
Teplo suchých hornín - petrotermálne zdroje
Napísal(a) Dušan Majcin | Zverejnené v: Využitie |
Relatívne novou formou využívania zdrojov zemského tepla je prístup tepla suchých hornín (širšie: petrotermálne zdroje). 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.
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.
Využitie geotermálnej energie podľa teploty
Napísal(a) Dusan Majcin | Zverejnené v: Využitie |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)
História využívania geotermálnej energie
Napísal(a) Dusan Majcin | Zverejnené v: História |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.
