Geotermální energie patří mezi nejstabilnější a nejspolehlivější obnovitelné zdroje na planetě. Teplo uložené v zemské kůře vzniká přirozeným rozpadem radioaktivních izotopů a zbytkovým teplem z formování Země. Je k dispozici bez ohledu na denní či roční dobu i počasí. A ještě pár miliard let bude. Z pohledu lidstva je to prakticky nevyčerpatelný zdroj energie.
Geotermální energii využívali lidé už ve starověku – horké prameny jsou v lázeňství oblíbené minimálně od antiky. Na začátku 20. století se pak začalo zemské teplo využívat i k pragmatičtějším účelům: v roce 1913 otevřeli v italském městě Larderello první geotermální elektrárnu s instalovaným výkonem cca 250 kW. Už v roce 1904 se zde však podařilo Pieru Ginori Contimu spustit malý geotermální generátor. Druhá elektrárna stejného druhu vznikla až roku 1958 ve Wairakei na Novém Zélandu.
Tato zařízení fungují na stejném principu jako parní elektrárny: turbína roztáčená horkou párou produkuje elektřinu. Jediný rozdíl je v tom, že v klasických parních elektrárnách se pára vyráběla spalováním uhlí či plynu, zatímco geotermální elektrárna využívá horkou vodu (resp. páru) z přírodních rezervoárů ohřátou zemským teplem.
I když je faktickým zdrojem geotermální energie pouze teplo ze zemské kůry, ze širšího pohledu (a s přimhouřením oka) se sem dá zařadit i teplo akumulované v horní vrstvě půdy nebo v povrchových stojatých či v mělkých podpovrchových vodách. To sice nepochází z hlubinných zdrojů, nýbrž z akumulace slunečních energie, přesto se principiálně dá využívat podobnými způsoby.
Pára, která se získává vrty z rezervoárů především v oblastech se sopečnou činností, dosahuje teploty kolem 150–300 °C. Využívá se, jak už bylo řečeno, převážně k pohánění turbín v geotermálních elektrárnách.
Aby se v zásobárně podzemní vody udržel požadovaný tlak a teplo se mohlo dále šířit, vhání se někdy kondenzát, který vznikne po využití páry, zpět do rezervoáru (tzv. reinjekce).
Využít se dá také pozemní voda přirozeně ohřívaná teplem z nitra Země. Ta mívá teplotu kolem 50–150 °C, v některých oblastech výjimečně až 200 stupňů. Čerpá se pomocí vrtů a následně se pomocí výměníků teplo přenáší na otopnou vodu, která se používá k dálkovému vytápění měst nebo třeba k vyhřívání skleníků či ohřevu bazénové vody.
V maximální možné míře se toho využívá na Islandu, kde má půda velmi vysoký geotermální gradient (tj. už i relativně nízko pod povrchem má podzemní voda vysokou teplotu). Ten umožňuje využívat horkou vodu nejen k výrobě elektřiny, ale hlavně pro centralizované dálkové vytápění.
Podle islandského Národního energetického úřadu (Orkustofnun) pochází přibližně 90 % tepla pro vytápění islandských domácností právě z geotermální energie. Toto teplo zde vedle řady dalších účelů využívají například i k zahřívání chodníků ve městech, aby tolik nenamrzaly.
Nemusíme ale cestovat tak daleko: horké prameny k vytápění domácností, aquaparků a lázní používají také například v Maďarsku. Ale i v Polsku, kde v Podhalí vznikl jeden z největších systémů přímého geotermálního vytápění v Evropě mimo oblasti s vulkanickou činností.
Teplo akumulované v horní vrstvě půdy (cca 1–150 m pod povrchem) se využívá zejména pro systémy nízkoteplotního vytápění. Teplota se zde drží stabilní po celý rok, a to kolem +10 °C i v mrazech. Jsou to tedy velice příhodné podmínky pro čerpání tepla v zimě a naopak chlazení domácnosti v letním období.
Využívá se v kombinaci s tepelnými čerpadly země-voda, která takto mohou vytápět a nebo chladit rodinné domy, ale při zapojení v kaskádě i domy bytové. Tepelné čerpadlo má ke svému fungování velmi dobré podmínky, proto dosahuje SCOP kolem 5 (tj. 500 %) a v létě dokáže chladit prakticky s nulovými provozními náklady (pasivní chlazení).
Jak se teplo získává? Buď pomocí zemních kolektorů, které se položí do nezámrzné hloubky a v případě běžného rodinného domu zaberou na pozemku kolem 300–400 m2, nebo zemním vrtem o hloubce cca 30–150 m.
Velmi podobně se drží teplo také v povrchových stojatých (jezera, rybníky) nebo v mělkých podzemních vodách. Teplota je zde sice v průběhu roku trochu více proměnná, ale i tak relativně stabilní. V zimě dosahuje v povrchových zdrojích kolem +4 až +8 °C, v podpovrchových +8 až +12 °C; v létě pak +15 až +20 °C respektive +10 až +18 °C.
I tato tepelná energie se dá využít pro nízkoteplotní vytápění pomocí tepelného čerpadla.
U nás se zatím využívá spíše povrchové teplo. Velkou komerční geotermální elektrárnu u nás nenajdete. Přestože proběhly některé zkušební projekty a průzkumné vrty (např. v Litoměřicích a Liberci), fungují zatím jen menší projekty. Například vytápění bazénů a zoo pomocí termální vody v Ústí nad Labem. Nebo geotermální výtopna v Děčíně, která zásobuje teplem část města. Tento projekt spuštěný v roce 2002 je nejdéle fungujícím systémem u nás, který využívá geotermální zdroj.
Odpověď, proč nemáme síť geotermálních elektráren, je nasnadě: Česko není Island. Kvůli nižšímu geotermálnímu gradientu musí u nás být vrty daleko hlubší, a tedy logicky i dražší. Takový projekt je tedy finančně velmi nákladný, s nejistým výsledkem a potenciálně příliš dlouhou návratností. Tím, že není tento segment u nás příliš rozšířený, na něj není úplně připravená legislativa ani systém podpory.
Za stávajících podmínek a dostupných technologií se proto u nás výroba elektřiny z geotermální energie nevyplatí, nicméně využití termální vody nebo povrchového tepla pro vytápění dává v určitých lokalitách dobrý smysl.
Aby se mohla rozšířit výroba elektřiny z geotermálních zdrojů i mimo vulkanicky aktivní oblasti, zkoumá se nyní koncepce tzv. superhot rock (SHR). Jedná se o získávání tepla z velmi hlubokých vrtů (kolem 6–12 km), kde teplota hornin přesahuje 374 °C.
Do vrtů se vhání voda, která se zde ohřeje a při takto vysoké teplotě a tlaku získává specifické fyzikální vlastnosti. V tomto stavu se nechová jako kapalina ani jako plyn, ale jako něco „mezi“. Stává se z ní tzv. superkritické médium, které má výrazně vyšší energetickou hustotu – díky tomu dokáže přenést obrovské množství tepelné energie. Technologie se zatím testuje například na Islandu, v USA a v Japonsku.
Technologie samozřejmě není úplně bez rizika. U hlubinných vrtů může při injektáži vody do rezervoárů docházet k mírným lokální seismickým otřesům a tedy i k ohrožení geologické stability. Při špatně utěsněných vrtech by mohla hrozit i kontaminace podzemních vod.
Zkrátka: vhodné lokality je potřeba velmi pečlivě vybírat, zajistit důkladný geologický průzkum, vrt správně navrhnout i provést v souladu se standardy. A situaci průběžně sledovat, aby se minimalizovala bezpečnostní a ekologická rizika.
Cesta tímto směrem určitě dává smysl – geotermální energie je stabilní, nekolísá v čase, a její zásoby jsou prakticky nevyčerpatelné. Povrchové teplo se využívá už dlouho a může být velmi výhodné jako zdroj pro vytápění i některých rodinných domů. Pořizovací náklady tepelných čerpadel země-voda jsou sice poměrně vysoké, ale u vyšších výkonových řad už jsou v podstatě srovnatelné s variantou vzduch-voda. Přitom mají daleko vyšší účinnost, tichý chod a velmi dlouhou životnost.
Horkou podzemní vodu či páru mohou využívat pouze obyvatelé specifických lokalit, ale díky novým technologiím snad bude geotermální energie dostupná v podstatě kdekoli, kde podloží umožní velmi hluboký vrt. Pokud pilotní projekty uspějí, budeme moci do energetického mixu přidat další obnovitelný, lokální zdroj se stabilní výrobou. Podle optimistických odhadů by to mohlo být už za 10–15 let.
Zdroje:
Clean Air Task Force. Superhot Rock Energy: A Vision for Firm, Global Zero-Carbon Energy. Boston (MA, USA), listopad 2022. Dostupné z: https://cdn.catf.us/uploads/2022/10/21171446/superhot-rock-energy-report.pdf
Orkustofnun.is
Utahforge.com
Promyšlené vánoční přípravy pomáhají snížit plýtvání potravinami a zamezit zbytečnému utrácení. Uvážlivé nakupování vám přinese klidnější svátky, nižší zátěž pro peněženku i přírodu.
Mnohé projekty biosolárních střech selhávají ještě dříve, než se začnou stavět – u stolu projektanta či architekta. Pokud se fotovoltaika a zeleň navrhují nezávisle, bez spolupráce mezi profesemi, vzn...
