12.12.2013
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE 1
Doc. RNDr. Miroslava Blažková, Ph.D.
ZÁKLADNÍ INFORMACE O GEOTERMÁLNÍ ENERGII •
•
•
•
Geotermální energie = teplo Země koncentrované v horninách, vodě, kapalinách či plynech. Zemské teplo je z větší části zachované kosmické teplo při vzniku naší planety. Teplo z nitra planety postupuje k povrchu a jeho úniku brání tvrdá zemská kůra či vodní obal. Teplo Země se však průběžně doplňuje na povrchu naší planety sluneční energií, teplem vznikajícím rozpadem radioaktivních prvků, při metamorfóze hornin, při pohybu bloků zemské kůry, v místech vulkanických procesů či při Exotermních reakcích (oxidace, rekrystalizace minerálů apod.). 2
1
12.12.2013
V NITRU ZEMĚ JE DOSTATEK GEOTERMÁLNÍ ENERGIE, JEJÍ ZDROJE JSOU OVŠEM DOSAŽITELNÉ JEN VE SVRCHNÍ ČÁSTI ZEMSKÉ KŮRY. PODLE ODHADŮ JE V NEJSVRCHNĚJŠÍ TŘÍKILOMETROVÉ VRSTVĚ ZEMSKÉ KŮRY ZAKONZERVOVÁNO TEPLO JAK V HORNINÁCH, TAK VE VODĚ I PÁŘE V MNOŽSTVÍ, KTERÉ BY STAČILO POKRÝT SPOTŘEBU LIDSTVA NEJMÉNĚ NA 100 000 LET.
3
HLAVNÍ ZDROJE GEOTERMÁLNÍ ENERGIE A JEJÍ CHARAKTERISTIKY Energetický potenciál Země je vypočítaný na 10 megawatroků. 4 hlavní zdroje G.E. (geotermální energie): - zemské jádro - exogenní reakce při metamorfóze - magmatická činnost - radiační rozpad (U,Th,K aj.) Množství zemského tepla, které se šíří ve směru teplotního spádu, je charakterizováno zemským tepelným tokem, který závisí na tepelné vodivosti hornin a vertikálním přírůstku teploty s hloubkou (tepelný gradient). Výše uvedené veličiny geotermický stupeň a tepelný gradient, tepelný tok a tepelná vodivost hornin se využívají pro hodnocení zemského tepla.
4
2
12.12.2013
Teplota Země.
Pricipy vzniku geotermální energie Podzemní tepelný zdroj prohřívá nadložní formace. Tepelný zdroj – struktury aktivních tektonických procesů při okrajích litosférických desek,kde dochází v výstupu horkých magmatických těles do zemské kůry. Geologické faktory : možnost oběhu podzemní vody v rozpukaných horninách dostatečná akumulace podzemní vody trvalý přínos tepla zakrytí struktury proti úniku tepla
4
12.12.2013
GEOTERMÁLNÍ SYSTÉMY Nízkoteplotní zdroje geotermální energie do 50°C tepelná čerpadla systému – voda/voda, země/voda Středněteplotní zdroje geotermální energie do 100°C přímé využití voda/voda, nebo výměníkem tepla pro menší objem tepla a nižší teploty … koaxiální vrty menší hloubky Vysokoteplotní zdroje geotermální energie nad 100 C – 250 C a více Systémy: HDR (Hot Dry Rock – horké suché horniny) ….… sestava tří hlubokých vrtů: 2 produkční a 1 vsakovací FHR (Fractured Hot Rock – přírodní horké rozpukané horniny) EFHR (Enhanced Fractured Hot Rock – technicky upravené horké rozpukané horniny) HWS (Hot Water System – systém horké vody ) ...... sestava dvou vrtů: produkční a vsakovací 11
Horké suché horniny HRD systém
12
6
12.12.2013
NEGATIVNÍ VLIVY GE NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ •
•
• •
Znečišťování ovzduší z geotermálních par: Př. G.T. elektrárna – Bjarnalflag (Island) : CO2 - 50 % H2S - 45 % - 3% H2 N - 2% Znečišťování vody solemi. Př. G.T. elektrárna – Wairakei (N.Z.) : bylo vypouštěno do řeky Waikato 66 000 tun/ročně chloridů,40 000 tun sodíku,16 000 tun křemíku,5 000 tun draslíku,1 000 tun vápníku a boru a 150 tun arzenu. Oteplování vodotečí odpadní vodou,změny flory a fauny. 13 Radioaktivita,Alfa radiace v páře The Geysers (USA).
HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Výskyt teplých pramenů – starý Řím Teplo v dolech – Bánská Štiavnica r. 1630 Teplo v blízkosti aktivní vulkanické činnosti – Island město Reykjavik r.1928 První geotermální elektrárna v Toskánsku v r. 1912 kapacita 250 kW Současné využití tepla z geotermální zdrojů na Zemi výroba elektřiny 8240 M - přímo vytápění 45220 MW
14
7
12.12.2013
MAPA ,,OHNIVÝ KRUH“
17
THE GEYSERS KALIFORNIE (FOTO PAČES)
18
9
12.12.2013
OBR: GEOTERMÁLNÍ PARNÍ ELEKTRÁRNA MUTNOVSKÁ 2 NA KAMČATCE (ARCHIV CVEVL,2008).
19
Technologie geotermálních elektráren
Systém suché páry používá přímo páru získanou ze země na pohon turbíny. Systém mokré páry nechá nejprve horkou vodu přeměnit v páru a ta pak slouží k pohonu turbíny. Horkovodní (binární) systém použije vodu s nízkou teplotou, která předá ve výměníku teplo organické kapalině (např. propan, isobutan a freon) s nižším bodem varu, a teprve její pára pak pohání turbínu. V přiloženém grafu jsou uvedeny státy a jejich procentuální využívání geotermální energie k výrobě elektrické energie. 20
10
12.12.2013
Isolinie tepelného toku v ČR
25
SOUČASNĚ ROZPRACOVANÉ GEOTERMÁLNÍ PROJEKTY V ČR Litoměřice - územní rozhodnutí - geofyzikální průzkum - průzkumný vrt do hloubky 2110m - ověřena a potvrzena teplota, horniny Dětřichov - územní řízení, geofyzikální průzkum, EIA, celkový projekt Lovosice - geofyzikální průzkum, příprava územního rozhodnutí Liberec - připraven projekt průzkumu Boskovice, Nová Paka, Semily
26
13
12.12.2013
Teploty na vrtech ve struktuře Ústí nad Labem - Děčín 250 294 299 301 308 432 145 144 326 334 203 269
200
teplota °C
150
172
100
27
50
0 0
500
1000 1500 hloubka v m
2000
2500
3000
TEPELNÁ ČERPADLA A JEJICH TYPY: Tepelná čerpadla pomáhají získat tepelnou energii z primárního obnovitelného zdroje zemského tepla. Celkový topný výkon tepelného čerpadla je součtem energie získané a energie dodané (příkon). Podíl topného výkonu a příkonu se nazývá topný faktor. Čím větší je tedy teplota nízkopotenciálního primárního zdroje tepla, tím větší je topný faktor. Čím větší je hodnota topného faktoru, tím větší je tepelný zisk a tedy levnější provoz vytápění. V porovnání s přímotopným vytápěním lze náklady na vytápění snížit o 55 % a více.
28
14
