Geotermálna energia predstavuje čistý, udržateľný zdroj energie, ktorý produkuje zelené teplo a elektrinu pre domácnosti a priemysel.
Zdrojom geotermálnej energie je primárne zostatkové teplo zemského jadra, ktoré sa viaže s formovaním planéty.
Čo je to geotermálna energia?
Pojem geotermálna energia označuje teplo zvnútra Zeme aj v doslovnom preklade z gréčtiny (gê = Zem, thermós = horúci). Toto teplo rastie so stúpajúcou vzdialenosťou od povrchu a neustále vyžaruje do priestoru. Pri zemskom jadre dosahuje teplotu presahujúcu 5 500 stupňov Celzia, čo zodpovedá teplote na povrchu Slnka.
Popri energii zemského jadra je zdrojom geotermálnej energie rádioaktívny rozpad hornín v jej hlbinách, prílivové a odlivové trenie či pohyb litosferických platní, ktorý často sprevádzajú zemetrasenia a výbuchy sopiek. K vzniku tepla v zemskej kôre zas prispievajú chemické reakcie minerálov.
V súvislosti s nahromadením energie v zemskom telese sa geotermálna energia považuje za netradičný obnoviteľný zdroj energie. Vyskytuje sa na celej planéte, zhruba na desatine rozlohy môžeme nájsť takzvané hydrogeotermálne zdroje, keď sa teplo na povrch dostáva v podobe geotermálnej vody, pary alebo ich zmesi (často sa prejavujú ako gejzíry či horúce pramene).
Geotermálnym zdrojom je aj teplo suchých hornín. Prenos tepla zo zemskej kôry na povrch v tomto prípade zabezpečuje voda, ktorá recirkuluje medzi dvomi hlbokými vrtmi – jedným sa vtláča do zeme a druhým sa dostáva na povrch, kde sa využije podľa jej energetického potenciálu.
Parametre geotermálnych vôd
Teplota vnútri Zeme stúpa s hĺbkou, pričom závisí od množstva vplyvov, predovšetkým zloženia horninového podložia a teplotnej vodivosti, prípadne prítomnosti tektonickej aktivity a prúdenia podzemných vôd.
Smerom od zemského povrchu k jadru rastie teplota v priemere o 30 stupňov Celzia na jeden kilometer.
Ako delíme zdroje geotermálnej energie?
do
0
°C
nízkoteplotné zdroje
130 – 180°C
strednoteplotné zdroje
od
0
°C
vysokoteplotné zdroje
Teplotný prírastok prepočítaný na jednotku dĺžky sa nazýva tepelný (geotermálny) gradient. V oblastiach stretu tektonických dosiek a vulkanických oblastiach môže dosahovať až 50 – 70 stupňov Celzia na kilometer, naopak pri pevninových štítoch klesá k 15 stupňom.
Geotermálne vody delíme podľa ich teploty na nízkoteplotné s teplotou v rezervoári (podzemnom ložisku) nižšou ako 130 °C, strednoteplotné s rezervoárovou teplotou 130 – 180 °C a vysokoteplotné s rezervoárovou teplotou nad 180 °C. Podrobná klasifikácia vôd vychádza aj z ich chemického zloženia.
Samotné geotermálne zdroje posudzujeme najmä podľa ich výdatnosti, ktorá označuje množstvo geotermálnej energie voľne vytekajúcej alebo čerpanej zo zdroja. Podľa toho sú geotermálne zdroje na škále od tých s veľmi veľkou výdatnosťou (viac ako 50 litrov za sekundu) po zdroje s minimálnou výdatnosťou (menej ako jeden liter za sekundu).
Proces šírenia tepla v prostredí charakterizuje tepelná vodivosť vyjadrujúca množstvo tepla, ktoré prechádza konkrétnou látkou pri danom teplotnom gradiente za jednotku času. Tepelný tok označuje množstvo tepla prechádzajúceho jednotkou plochy za jednotku času. Na základe hustoty tepelného toku, vypočítaného z gradientu a vodivosti hornín v danej hĺbke, možno charakterizovať geotermálnu aktivitu v území, čo sa využíva pri vyhľadávaní zdrojov geotermálnej energie.
Využitie geotermálnej energie
Geotermálna energia predstavuje unikátny ekologický spôsob výroby tepla a elektriny, pri ktorom sa nepoužívajú fosílne palivá a nevznikajú takmer žiadne emisie. Ide zároveň o obnoviteľný zdroj energie, lebo voda sa po ochladení vracia do Zeme, kde sa opätovne ohrieva od horninového podložia a cyklus sa viackrát opakuje.
Výroba elektrickej energie
V geotermálnej elektrárni vyťažená energia zo zeme roztáča turbínu, ktorá poháňa generátor vyrábajúci elektrinu. Môže ísť o priame využitie podzemnej pary, alternatívne horúcu vodu, ktorá sa na paru premieňa prudkou zmenou tlaku. V prípade takzvaného binárneho cyklu sa zas geotermálna energia využíva na ohrev pracovnej kvapaliny s nižším bodom varu, ktorá sa takisto premieňa na paru a princíp sa opakuje.
Vykurovanie a chladenie
Na centrálne vykurovanie a ohrev vody sa často využíva zostatkové teplo z geotermálnych elektrární. Na priame využitie slúžia nízko- až strednoteplotné geotermálne zdroje, ktoré dodávajú termálnu vody do vykurovacích systémov. Niekedy sa geotermálna energia využíva na ohrev sekundárnej čistej vody v tepelnom výmenníku a až tá putuje do potrubného systému.
Poľnohospodárstvo a priemysel
Geotermálna energia zabezpečuje stálosť teploty v nádržiach pri chove rýb, využíva sa aj na vyhrievanie skleníkov pri pestovaní rastlín. Ďalšou aplikáciou v poľnohospodárstve je sušenie plodín (obilnín, ovocia a zeleniny). V priemysle má takisto viacero uplatnení – pri spracovaní dreva, tvrdnutí betónu, chemickej ťažbe (rozpúšťaní minerálov), ale aj pri výrobe sýtených nápojov. V krajinách ako Island, Japonsko a USA sa geotermálna energia využíva aj na topenie snehu a ľadu, teda vykurovanie povrchu vozoviek či mostov.
Relaxačno-rehabilitačné účely
Oddávna si ľudstvo všímalo blahodarné účinky podzemných vôd. Ich využitie sa spolu s plynnými látkami rozpustenými vo vode a liečivými bahnami stalo súčasťou balneoterapie a kúpeľných procedúr. V mnohých oblastiach slúži geotermálna energia aj na rekreačné účely ako zdroj vody v bazénoch a dovolenkových rezortoch.
Výhody geotermálnej energie
Udržateľnosť
Geotermálna energia predstavuje čistý, udržateľný zdroj energie, ktorý produkuje zelené teplo a elektrinu pre domácnosti a priemysel
Eco-friendly
Ťažba geotermálnej energie a realizácia vrtov je bezpečný proces s modernými technológiami. Nemá žiadne negatívne dôsledky na okolité životné prostredie
Menej emisií z dopravy
Pri preferencii geotermálnej energie sa znižuje riziko ohrozenia prostredia vďaka redukcii transportu a ďalších činností súvisiacich s primárnymi energetickými zdrojmi
Lacnejšia energia
Devízou je, že ide o lacnejší zdroj energie ako sú klasické fosílne energetické zdroje, teda uhlie, plyn či ropa. Ako obnoviteľný a samostatný zdroj umožňuje flexibilnejšiu cenovú reguláciu
Nekonečná zásoba
Geotermálna energia umiestnená v „zásobníkoch“ Zeme je prakticky nevyčerpateľná. Je k dispozícii po celý rok, 24 hodín denne
Stabilný zdroj
Stabilná dodávka zo zdroja zabezpečuje plynulú výrobu tepla či elektriny na rozdiel od fotovoltaických či veterných elektrární
Lokálna produkcia
Ide o lokálny zdroj energie nezávislý od situácie za hranicami krajiny. Popri skvalitňovaní životného prostredia tak zvyšuje energetickú sebestačnosť štátov
Efektivita
Geotermálne elektrárne dokážu spracovať získanú energiu z vysokoteplotnej pary až s 90-percentnou účinnosťou, na porovnanie uhoľné elektrárne sú na úrovni iba 75 percent
Geotermálna energia vo svete
V Európe sa v súčasnosti nachádza 130 geotermálnych elektrární, podľa združenia EGEC je ich momentálne 36 vo výstavbe a 124 v projektovej príprave, čo znamená, že v najbližších piatich – ôsmich rokoch by sa ich celkový počet mohol zdvojnásobiť.
0
geotermálnych elektrární v Európe
Potenciálne ložiská geotermálnych zdrojov sa nachádzajú najmä v oblastiach, kde prebiehalo vrásnenie a vznik horských pásiem, prípadne tam bola zaznamenaná vulkanická činnosť, ale výnimočný nie je výskyt ani v ďalších teritóriách.
Teplé podzemné pramene sa využívali pôvodne najmä v balneológii, no začiatkom druhej polovice 20. storočia sa postupne pridávali aj ďalšie komerčné účely – vykurovanie budov a výroba elektriny, ktorá odštartovala na Novom Zélande, v Mexiku, USA a Taliansku.
V 70. rokoch obrátilo viacero krajín pozornosť na výskum energie zo Zeme a jej potenciálne využitie ako efektívny zdroj tepla či elektriny. V posledných dekádach to znamenalo pomerne prudký rozvoj a v roku 2019 sa už geotermálna energia využívala v 88 krajinách sveta (na porovnanie v roku 1995 to bolo len 25 krajín).
Svetovými lídrami
Svetovými lídrami z hľadiska množstva využitej geotermálnej energie sú Čína, USA, Švédsko, Turecko a Japonsko. V prepočte na jedného obyvateľa je s odstupom na čele rebríčka Island, ktorý je priekopníkom, pokiaľ ide o využívanie geotermálnej energie na vykurovanie budov. V súčasnosti zároveň z tohto zdroja severská krajina čerpá viac ako štvrtinu svojej celkovej spotreby elektriny. V globálnom meradle vedú USA, Indonézia, Filipíny, Turecko a Nový Zéland, kde objemu inštalovanej kapacity elektrickej energie presahuje 1 gigawatt. Na celom svete ide o kapacitu 15,4 gigawattu.
Hoci celosvetovo využitie geotermálnej energie stúpa, podľa dostupných dát ide stále len o nepatrné využitie celkového potenciálu. Zároveň však v posledných rokoch pozorujeme najvyššie nárasty využitia tohto obnoviteľného zdroja, čo je trend, ktorý bude podľa odborníkov pokračovať – aj preto hovoria o období rokov 2020 – 2030 ako o „geotermálnej dekáde“. Súčasne sa počíta s tým, že do roku 2050 by geotermálna energia mohla pokryť 5 percent globálnej spotreby tepla a elektriny.
Geotermálna energia na Slovensku
Slovensko patrí podľa geologických výskumov ku krajinám, ktoré sú pomerne bohaté na geotermálne zdroje. Geotermický gradient (stúpanie teploty s hĺbkou) je u nás o čosi vyšší ako globálny priemer – zhruba 38 °C/km, a v niektorých oblastiach stúpa dokonca k 45 – 65 °C.
V celej krajine sa ešte v 70. rokoch minulého storočia vytypovalo 26 potenciálnych oblastí vhodných na ťažbu a využívanie zdrojov geotermálnej energie. Dosiaľ sa na území Slovenska zaregistrovalo viac ako 150 geotermálnych zdrojov – vrtov či prameňov. Teplota vody v nich sa pohybuje v rozmedzí od 16 po viac ako 130 stupňov. Hĺbka doteraz uskutočnených vrtov je od 40 do 3 700 metrov.
Prvý geotermálny projekt na Slovensku bola stavba reinjektážnej stanice v Podhájskej z roku 1994. O dva roky neskôr bola v Galante uvedené do prevádzky prvá geotermálna vykurovacia stanica. Celkový potenciál geotermálnych vôd vo vymedzených oblastiach na Slovensku predstavuje 5 538 MW, reálne využívaný výkon je však iba zlomok. Aj v súvislosti s tým sa v minulosti vypracovala koncepcia využitia geotermálnej energie v SR zakotvená v energetickej politike štátu.
Pri využití geotermálnej energie u nás v súčasnosti dominujú rekreačné účely, menšie zastúpenie ma vykurovanie skleníkov a budov, a tiež zužitkovanie v rybnom hospodárstve. Projekt geotermálnej elektrárne pri Košiciach plánovaný od 90. rokov sa doteraz nerealizoval, v príprave sú však aj niektoré nové projekty. Celkovo ale máme zatiaľ značné rezervy pri využívaní energetického potenciálu geotermálnych zdrojov.