Nové trendy v získavaní zemských zdrojov

1. Nové trendy v získavaní zemských zdrojov Geotermálna energia Ing. Ján Koščo, TU v Košiciach, fakulta BERG, ÚPaM

2. GEOTERMÁLNA ENERGIA • Slovo „geotermálna“ pochádza z gréčtiny. „Geos“ znamená „zem“ a „thermal“ znamená „teplo“. Pod „geotermálnou energiou“ teda rozumieme teplo (termálnu energiu), ktorá sa nachádza vo vnútri našej planéty a pomaly preniká na povrch. Navonok sa prejavuje: a) mechanicky (zemetrasenia, vrásnenia horských masívov), b) alebo tepelne (sopky, gejzíry a horúce pramene).

3. Hĺbková geotermika Bolo overené, že tepelný tok z vnútra Zeme na jej povrch dosahuje 26 TJ.s-1. Ak porovnáme tepelný tok Zeme (množstvo tepla vyžiareného Zemou na 1m2 za 1s) 0,063 W.m2 so slnečným tepelným tokom zistíme, že je cca 10 000-krát menší. Výsledný výkon je veľmi vysoký, ale je rozložený na takom veľkom území, že jeho hustota (sila na jednotku zemského povrchu) je veľmi nízka. Je to zatiaľ najmocnejší, prakticky nevyčerpateľný zdroj energie. Je pritom vzdialený z ľubovoľného miesta na Zemi iba 10 až 12 km smerom do stredu Zeme. I keby sme pokryli všetku minulú i budúcu spotrebu ľudstva, poklesla by teplota zeme o 1°C za 40 mil. rokov. Jediným problémom je, ako tento zdroj výhodne ekonomicky využiť. Geotermický gradient - s hĺbkou stúpa teplota približne na každých 30m o 1°C. V hĺbke 3 km je to teda asi 100°C, v hĺbke 10 km už 300°C. Za jeden rok vyžiari Zem do okolitého prostredia teplo, k výrobe ktorého by bolo treba asi 30 mld. ton najkvalitnejšieho uhlia.

4. Zemské jadro tvorí žeravá hmota z  roztavených kovov, ktorá je pod tlakom 350 000 MPa uzavretá do tvaru gule o priemere asi 300 km. Okolo jadra je obal z roztaveného Fe a Ni, ktorý vyplňuje guľu o priemere asi 6800 km. Medzi obalom a pevnou zemskou kôrou je asi 2900 km široká hrubá vrstva tvorená žeravými nerastmi, ktorých teplota v mieste kde sa stretáva s pevnou zemou asi 1000°C. Za tým nasleduje 30 až 60 km vrstva (pod oceánmi aj tenšia) zemská kôra - litosféra. Tu sa môžu nachádzať i veľké podzemné jazerá. Ak sa voda dostane do styku so žeravým obalom, zahrieva sa na vysoké teploty a niekedy sa vytvoria i veľké ložiská suchej alebo vlhkej pary. V niektorých miestach preniká táto voda alebo para na zemský povrch.

5. GEOTERMÁLNE LOŽISKÁ Geotermické ložiská, čiže miesta s vysokou úrovňou geotermálnej energie delíme na: 1. Polia s vysokou hladinou termálnej vody. Tieto polia charakterizuje normálny geotermický gradient, pričom zdroj tepla neexistuje. Sú to miesta s vhodným geologickým podložím s jedným alebo viacerými zlomami. Najčastejšou formou geotermických polí sú: • horúce pramene s teplotou vody nad 200°C, kde horúca voda s prímesou Na, K, Ca, Au vystupuje z hĺbky na zemský povrch, • fumaroly t.j. plynné pramene s teplotou vystupujúcich plynov aj nad 1000°C, ktoré vznikajú odplyňovaním horúcej magmy alebo vyparovaním povrchovej vody, • bahenné sopky t.j. horúce pramene so značným podielom pevných častíc, • gejzíry t.j. pramene s teplotou vody do 140 ° C pravidelne zásobované horúcou vodou. Otvor zlomu umožňuje únik zmesi vody a pary, pretože voda vo forme pary zaberá 15000-krát väčší objem ako kvapalná voda.

6. GEOTERMÁLNE LOŽISKÁ 2. Hypertermické polia teda geotermické miesta saturované vodou (asi 95 % ) alebo parou. Tieto polia môžeme rozdeliť na: • hypertermické polia suché ,tzv. " Hot dry rock ", kde sa voda prehrieva v horúcich skalných horninách vo forme pary. Ohriata para sa potom sústreďuje v rezervoári. • hypertermické polia mokré, kedy v podzemí neexistuje forma pary. Voda sa ako kvapalina dostáva na povrch a následkom poklesu tlaku sa na povrchu časť vody premení na paru. Všeobecne je vznik hypertermických polí podmienený vhodným geologickým zložením hornín, silným termickým zdrojom a stále sa obnovujúcim množstvom vody.

7. VYUŽITIE GEOTERMÁLNEJ ENERGIE VÝROBA ELEKTRICKEJ ENERGIE Para využívajúca sa na výrobu elektrickej energie obsahuje množstvo prímesí, kyslých plynov a piesku, ktoré koróziou ohrozujú funkčnosť turbíny. Preto je nutné paru pred akýmkoľvek využitím odfiltrovať. Z hypertermických polí sa získava prehriata para, pričom teplota horúcej vody pod tlakom je väčšia ako teplota pary pri atmosférickom tlaku. Aby bolo využitie tejto formy energie efektívnejšie, mokrá para sa v zásobníku niekoľkokrát separuje z tekutej vody. Takto upravená para sa už môže bezprostredne využívať na pohon turbíny, pričom v parovode dosahuje rýchlosť okolo 200 km.hod-1. Voda vychádzajúca zo separátora /oddeľovača/ je odvádzaná do riek, alebo (oveľa častejšie a účinnejšie) vrátená do rezervoára. Recykláciou vody do rezervoára sa súčasne vyvarujeme znečisteniu a zmenší sa pokles tlaku vo vnútri rezervoára a zároveň sa zníži jeho vyprázdňovanie. Vzhľadom na vhodnú geografickú stavbu podložia je geotermálna energia využívaná na výrobu elektrickej energie iba na niekoľkých miestach sveta.

8. Cena výroby elektrickej energie závisí od teploty kvapaliny v geotermálnom rezervoári. Z ekonomického hľadiska je potom výroba elektrickej energie najvýhodnejšia, pri teplote geotermálneho zdroja, vyššej ako 180 °C. Taktiež je možné produkovať elektrickú energiu pri nižšej teplote geotermálneho zdroja, ale v tomto prípade za účelom dosiahnutia vyššej účinnosti, nemožno používať vodu, ale inú organickú kvapalinu, ktorá bude prechádzať turbínou. Organická kvapalina získava teplo od geotermálnej kvapaliny vo výmenníku tepla. • Prvé pokusy s výrobou elektriny začali v Taliansku už v roku 1904 a prvá 250 kW-ová elektráreň bola daná do prevádzky v roku 1913 v Larderello. Po nej nasledovali ďalšie na Novom Zélande (1958), v Mexiku (1959) a v USA  (1960). Od roku 1980 výrazne narastá inštalovaný elektrický  výkon v geotermálnych elektrárňach a v roku 2000 dosiahol 7974 MW z toho v USA  je inštalovaných  2228  MW.

9. Schéma geotermálnej elektrárne

10. Geotermálna energia na Slovensku Perspektívne oblasti:

11. http://www.youtube.com/watch?v=Oscqx08zBXQhttp://www.youtube.com/watch?v=vSZ1dIBdOIs&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=Oscqx08zBXQhttp://www.youtube.com/watch?v=vSZ1dIBdOIs&feature=related