Geotermální energie

Pro zásobování elektrickou energií je třeba počítat se stálou úrovní základní spotřeby, kterou je třeba zajistit ze zdrojů nezávislých na vnějších faktorech. Budoucí páteřní zásobování elektrickou energií a teplem bude pravděpodobně z největší části zajištěno   geotermální energií. Geotermální potenciál představuje velmi stabilní zdroj tepelné energie, jak pro samostatné  využití, tak pro výrobu elektrické energie.

Studie geotermálního potenciálu BRD

Technický potenciál SRN se uvádí  300 000  TWh, tj. 600 násobek možné geotermické výroby elektřiny ve srovnání se současnou spotřebou. Jedná se o stabilní zdroj, který je srovnatelný, pokud se spolehlivosti týče, s klasickými tepelnými elektrárnami. Využití tohoto potenciálu leží v dlouhém období cca 1000 let, což představuje asi 300 TWh ročního potenciálu. Je ekonomické uvažovat pouze o společné výrobě tepla a elektřiny. Kdyby se veškerá německá spotřeba tepla kryla nízkopotenciálním teplem z geotermální výroby elektřiny, pak tento způsob využití představoval výrobu 140 TWh za rok, tj. cca 25%. V rámci stávajících horkovodů - výstavba nových by byla značně komplikovaná - snižuje ekonomický podíl na 10%.(1)

Studie geotermálního potenciálu USA

Ve nejnovější studii Massachusetts Institute of Technology (2), zabývající se systémem EGS (Enhanced Geothermal Systems) identickým s HDR je uvedeno, že do hloubky 10 km je potenciál geotermální energie v USA 130,000 větší, než činí současná roční spotřeba primární energie. Geotermální energie představuje domácí zdroj schopný uspokojit základní spotřebu elektrické energie a tepla s minimálním zásahem do životního prostředí. Za předpokladu potřebných investic do výzkumu a vývoje lze ve Spojených státech uvažovat do roku 2050 nejméně se 100 GW_el, produkovaných s  konkurenceschopnými náklady.

Studie geotermálního potenciálu ČR

Podle českého výzkumu se odhaduje potenciál výroby elektřiny z geotermálního tepla  na 300 MW z hydrotermálních zdrojů a 50000 MW při použití technologie HDR. U tepla pak 250 resp. 30000 MW. To odpovídá při 90% využití zařízení potenciál roční výroby elektrického proudu  2,3 TWh pro hydrotermální zdroje, resp. 394 TWh pro HDR. (3)

Německý materiál (DENA) uvádí  pro Českou republiku technický potenciál elektřiny 300 MW z hydrotermálních  zdrojů a 35000 MW technologií HDR a dostupný potenciál 100 resp. 3400 MW. Dostupný potenciál respektuje místa vhodná pro instalaci. Přesto, že jsou obě techniky realizovány pomocí - různě hlubokých - vrtů je rozdíl mezi technickým a dostupným potenciálem v případě hydrotermálním 1/3 a v případě HDR cca 1/10. (4)

Technický potenciál geotermální energie v různých částech světa (5)

Současné evropské geotermální projekty

Projekt DHM (Deep Heat Mining) se plánují v Ženevě a Basileji. Basilejský koncept je zajímavý tím, že vrt hluboký  2,7 km se nalézá uvnitř městských hranic a získané teplo může být využito přímo jak pro vytápění, tak pro výrobu elektrické energie. Další pilotní projekt v Basileji bude mít tři vrty až do hloubky 5000 m, kde se očekává teplota 200°C.

Německý projekt  v Horstbergu – se snaží získat teplo z vrstev sedimentů, které jsou aktivovány hydraulickým rozrušováním. Teplo bude využito pro vytápění hannoverského Geocentra. Pro jeho vytápění jsou nutné 2 MWtep , a proto zde byl využit koncept s jedním vrtem. Ochlazená vody se bude vracet do menších hloubek.

První geotermální elektrárna v BRD byla vybudována v roce 1994 ve východních Pomořanech v Neustadt-Glewe a pracuje jako kogenerační jednotka.(6) Teplo získává ze slané horké vody z hloubky 2250 m a ochlazená voda se zpětně vtláčí do hloubky 2335 m druhého vrtu ve vzdálenosti 1780 m. V tomto projektu má přednost výroba tepla. Elektřina se vyrábí v organickém Rankinově cyklu (ORC) s následujícími parametry:

• tepelný výkon 10.400 kW
• elektrický výkon: 230 kW
• množství vyrobené elektřiny: 1.400-1.600 MWh/rok

Schéma geotermální elektrárny s využitím odpadního tepla v Neustadt-Glewe

Jedná se o tzv. bivaltní uspořádání, tedy dvouokruhový systém s nevodným pracovním mediem. Okruh pro využití odpadního tepla je doplněn náhradním tepelným zdoj, aby zůstala jistota zásobování připojené aglomerace teplem.

Perspektiva v České republice

Předpokládejme, že by se geotermální energie v budoucnu  využívala na výrobu elektrické energie výlučně tam, kde by bylo možné využít odpadající teplo. Praktická účinnost geotermální výroby elektřiny je termodynamicky závislá na teplotě geotermální kapaliny a variuje od 10% při 130°C do 13% při 170°C, v průměru počítejme 11,5%.

V první fázi je třeba počítat s využitím těch otopných kapacit, které jsou napojeny na dálkové vytápění, převážně z velikých fosilních elektráren nebo tepláren.  V ČR je připojeno na dálkové vytápění cca 1,2 milionu domácností, což odpovídá 3,5 milionům obyvatel.  Nicméně celkový objem odebraného tepla z horkovodů není znám a ani není podle MPO (7) zjistitelný.

Je tedy potřeba množství tepla odhadnout. Předpokládejme byt o průměrné velikosti 85 m² s průměrnou tepelnou spotřebou 100 kWh/m².rok. Celková průměrná otopná energie je v tomto případě: 1,2 * 106 * 85 * 100 (kWh) = 10,2 TWh, kdybychom tento podíl považovali za teplo zbylé po geotermální kogeneraci, tedy ve velikosti 88,5%, pak by čistá produkce elektřiny s využitím kogeneračního tepla byla 1,3 TWh. Dálkové teplo je ale  odebíráno průmyslovými i komerčními objekty a provozy. Budeme-li uvažovat o stejném podílu jako v případě  bytové spotřeby, dostaneme se k hodnotě 2,6 TWh_el   a  23 TWhter.

Výstavbou nových horkovodů nejlépe v hustě osídlených oblastech se může podíl racionálně využívané geotermální energie mnohonásobně zvýšit.

V Litoměřicích se podle sdělení ing. Gryndlera z referátu ŽP Městského úřadu začíná stavět první geotermální elektrárna s tepelným výkonem 50 MW a elektrickým výkonem  5 MW.  Elektrárna by měla být dohotovena v roce 2010.

Literatura:

1. Arbeitsbericht Nr. 84,  TAB: Herbert Paschen, Dagmar Oertel,  Reinhard Grünwald; únor 2003
2. http://geothermal.inel.gov/publications/future_of_geothermal energy.pdf
3. Vlastimila Dvořáková, Julia Bartoš: Geothermal energetical potential in the Czech Republic, ppt presentation
4. In: Exporthandbuch Tschechischer Republic: Marktchancen für Erneuerbare Energien; Deutsche Energie-Agentur DENA
5. What is Geothermal Energy?  Mary H. Dickson and Mario Fanelli,  Istituto di Geoscienze e Georisorse, CNR , Pisa, Italy, February 2004
6. http://www.erdwaerme-kraft.de
7. Osobní sdělení dne 27.11. 2007 ing. Tomáš Klíma, MPO Praha