Realitou je, že v Európe nie je vysoká ponuka predaja elektrickej energie a situácia sa v nasledovnom decéniu nezmení. Je preto úlohou dňa, aby zodpovedné orgány urobili hĺbkový rozbor možného vývoja v oblasti zabezpečenia všetkých alternatívnych zdrojov energie a začali realizovať dlhodobú koncepciu jej zabezpečenia. V záujme zverejnenia jedného zo základných aspektov v nasledovnom uvádzame základné informácie o geotermálnej energii.
Predstava o tom, že teplota hornín od povrchu do vnútra Zeme narastá, je stará niekoľko storočí. Teplo z vnútorných zón geoidu sa šíri smerom k jeho povrchu, z ktorého je vyžarované do svetového priestoru. Označuje sa všeobecným termínom geotermálna energia. Jej využívanie v ekonomikách niektorých krajín už v súčasnosti zohráva podstatnú úlohu, pričom globálny význam geotermálnej energie pre budúcnosť narastá. V Slovenskej republike sa súčasne geotermálna energia využíva na vyše 30 miestach s celkovým výkonom asi 25 MW, čo predstavuje ekvivalent 16 mil. m3 zemného plynu. Okrem energetického významu nezanedbateľná je aj skutočnosť, že využívaná geotermálna energia neznečisťuje životné prostredie tak, ako to robia najmä spaľované pevné fosílne palivá.
Avšak len v prvom decéniu 20. storočia sa zistilo (Reyleigh), že teplo s hĺbkou narastá len v priestore zemskej kôry. Toto stúpnutie teploty o 1 stupeň C označujeme ako geotermický stupeň či gradient. V strednej Európe jeho vyjadrenie v metroch odpovedá 30-33 m/1 stupeň C. Nemusíme byť geológmi či geofyzikmi, aby sme pochopili, že stúpanie teploty s hĺbkou bude výraznejšie: a) v oblastiach súčasnej či nedávnej vulkanickej aktivity (u nás napr. v stredoslovenských vulkanických pohoriach), b) že je značne nepravidelné a c) že rozdiely ľahko zistiteľné v plytkých hĺbkach sa s postupujúcou hĺbkou vyrovnávajú.
Inou veličinou, ktorou sa definujú teplotné vzťahy v zemskom telese je tepelný tok. Udáva sa množstvom dodávaného zemského tepla na plošnú jednotku zemského povrchu. Keďže tento je zohrievaný aj energiou slnka, tepelný tok Zeme sa meria v určitej hĺbke pod jej povrchom. Normálny tepelný tok predstavuje hodnotu asi 60 MW . m-2. Aj v prípadne tepelného toku existujú merateľné rozdiely: staré (vychladnuté) bloky zemskej kôry ho majú nízky (okolo 50 MW . m-2). Výrazne vyšší tepelný tok je charakteristický pre bloky mladej zemskej kôry. Vysoký tepelný tok je napr. v celej Panónskej panve (Maďarsko): početné žriedla horúcich vôd sú toho dôkazom. Ale nielen tie. Teplota v najhlbších horizontoch banských diel v Banskej Štiavnici a Banskej Hodruši dosahovala 40 stupňov C. Vysoký tepelný tok vo Východoslovenskej nížine je dokumentovaný subrecentnou metamorfnou rekryštalizáciou mladotreťohorných usadených hornín v hĺbkach, ktoré zastihli najhlbšie (nad 3500 m) vrty v tejto oblasti. Pritom pre priebeh metamorfnej rekryštalizácie je nutná teplota nad 150 stupňov C.
Využívanie zemského tepla v oblastiach mladej vulkanickej činnosti
Vo všetkých učebniciach vulkanológie, ale aj turistických sprievodcoch, sa Island udáva ako príklad praktického využívania horúcich vôd a vodných pár spätých s vulkanickou činnosťou. Výsledkom koncepčných snáh Islanďanov je skutočnosť, že Rejkjavík (asi 75000 obyvateľov) je pravdepodobne jediným hlavným mestom krajiny, ktoré je bez komínov. Do Rejkjavíku je potrubím privádzaná 87o C horúca voda, ktorá sa využíva nielen na vykurovanie obydlí v týchto vysokých zemepisných šírkach, ale slúži aj na vyhrievanie početných skleníkov, sušenie sena ai. Využívaním horúcich vôd vulkanického pôvodu ušetrí Rejkjavík asi 100000 ton vykurovacieho oleja ročne. A to je už poriadne veľký tanker!
Toskánsko v strednom Taliansku je oblasťou s dlhoročnou tradíciou využívania horúcich vodných pár. Oblasť Lardarello predstavuje zároveň miesto, kde už v roku 1904 bolo postavené zariadenie na získavanie elektrickej energie z horúcej pary. Nakoľko pokusná prevádzka sa osvedčila, v nasledovných decéniách bolo postavené niekoľko energostaníc na danom princípe. Podobne aj na severnom ostrove Nového Zélandu v oblasti Weirakei pri jazere Taupo je v prevádzke niekoľko elektrární, ktoré menia tepelnú energiu horúcich vôd na elektrickú energiu. Aj v najvýchodnejších oblastiach Ruska sa využívajú horúce vody vulkanických oblastí. Je to najmä Údolie gejzírov pri sopke Mutnovskij, kde sa v 80. rokoch minulého storočia začal stavať energetický komplex s výkonom 200 MW ročne (čo je ekvivalent 4000000 ton merného paliva).
Využitie tepla suchých hornín
Už pred storočím vznikla myšlienka využívania tepla hornín zemskej kôry. Avšak myšlienka sa začala uplatňovať v praxi až v posledných dvoch decéniách. V čom je podstata samotnej myšlienky i projektov na jej realizovanie v praxi ?
Najjednoduchšie je získavania zemského tepla v prípade, kedy "príkon" tepla na zemský povrch sprostredkuje nejaké prirodzené médium. Takýmito sú voda a vodná para. Tieto však požadovanú úlohu plnia len v prípade, keď vrchná časť zemskej kôry je pre ne priepustná -
keď obsahuje horniny s vysokým podielom pórov resp. vertikálne orientovaných puklín. V opačnom prípade zemské teleso akoby zakonzervovalo prehriate, suché horniny. No a to je podstata problému - ako získať teplo z prehriatych horninových komplexov? Odpoveď na túto otázku je jednoduchá: teplo z hornín možno realizovať prostredníctvom nejakého tepelného výmenníka. Pri súčasných technických možnostiach to už nepredstavuje neriešiteľný problém.
Kde a kedy to všetko začalo? Pred štvrťstoročím v laboratóriách v Los Alamos (štát Nové Mexiko, USA), ktoré sú v povedomí najmä z obdobia 2. svetovej vojny ako centrum jadrového výskumu USA, vedci navrhli realizovať vo Fenton Hill pri kaldere Valles dva vrty: jedného do hĺbky 2,6 a druhého do hĺbky 2,9 km. Geotermálny rezervoár, lokalizovaný medzi uvedenými 2 vrtmi vzdialenými od seba 75 m dosahoval teplotu 180 stupňov C. Do hlbšieho vrtu (geológovia hovoria, že do "podložia") bola vháňaná studená povrchová voda, ktorá vytvorila podzemný rezervoár o objeme asi 11 m3. Efektívna plocha výmenníka bola asi 8000 m2. Prepojenie uvedených vrtov sa dosiahlo striedavým hydraulických štiepaním. Pri pokusnej prevádzke objem rezervoáru bol zväčšený na asi 250 m3 a efektívna plocha výmenníka na 50000 m2. Získaná horúca voda na povrchu poháňala turbínu, ktorá poskytovala 5 MW výkon.
Tento pioniersky recirkulačný systém bol situovaný na lokalite, v ktorej asi 750 m hrubý komplex produktov vulkanickej aktivity prekrýval starý predkambrický komplex granitov. Tieto poskytovali tepelnú energiu HDR (hot dry rocks - horúcich suchých hornín).
Dobré výsledky v uvedenej oblasti podnietili realizovanie ďalšieho podobného systému. Následné vrty vo Fenton Hill v USA boli odvŕtané do hĺbok vyše 3600 m. Dva šikmé vrty boli vzájomne prepojené 3. vrtom a zvodnenými puklinami. Teplota média v danej hĺbke bola 265 stupňov C. Do vrtného systému bola vháňaná voda pod tlakom 27 mPa o objeme l8,5 l/sec. Pri ústí "výtokového" vrtu vytekalo 6,3 l/s vody prehriatej na 192 stupňov C. Tá bola zachytávaná pod tlakom, aby nedošlo k jej premene na vodnú paru. Počas niekoľkomesačnej skúšobnej prevádzky výkon inštalovanej turbíny neklesol pod 10 MW.
K tejto problematike je potrebné uviesť ešte niekoľko poznámok. I keď diskutované vrty v Novom Mexiku z hľadiska vylúžených kationov (asi 2 g/l) nepotvrdili obavy niektorých odborníkov, problém inkrustácií (zrazením) v potrubiach a rozvádzacích systémoch zostáva jedným z aktuálnych problémov získavanie tohto typu energie. Ďalším, a to tentoraz pozitívnym aspektom je, že horúca voda po splnení svojho hlavného "poslania", t. j. pohonu turbín, sa ešte môže využívať ako úžitková teplá voda pre vykurovanie obydlí, poľnohospodárskych skleníkov ai. Takýmto dodatkovým využívaním sa voda dostatočne ochlaní a následne môže byť opakovane pumpovaná do vrtu. Využívanie tepla suchých hornín je zatiaľ spojené s početnými technickými, legislatívnymi, vlastníckymi a inými problémami. V záujme ich odstránenia sa niektoré krajiny EU združili do Európskeho programu získavania tepla suchých hornín. Od roku 1993 výskumné a poloprevádzkové práce koordinuje Európska asociácia tepla suchých hornín (EHDRA) - European Hot Dry Rock Association.
A aká je situácia u nás ?
Geologická stavba nášho štátneho územia svojou zložitosťou na jednej, a rôznorodosťou na strane druhej, dáva reálne predpoklady vážne sa zaoberať problematikou získavania a využívania zemského tepla. Priaznivými aspektami nášho územia sú najmä:
1) oproti štandardu menšia hrúbka zemskej kôry najmä v Podunajskej a Východoslovenskej
panve, čo podmieňuje zvýšený geotermálny gradient. Oblasť medzi Trebišovom a Čiernou nad Tisou je zpomedzi niekoľkých priaznivých oblastí najnádejnejšia,
2) priebeh vulkanickej aktivity v časovom období -15 mil. až - O,5 mil. rokov, pričom
nadštandardne "prehriate" horniny strednej časti zemskej kôry predstavujú "zvyškové" teplo z obdobia tejto sopečnej činnosti.
V polovici 90. rokov 20. storočia sa pri Galante realizovali 2 vrty v záujme získavania
horúcej vody pre jej praktické využitie. Tie naozaj narazili na podzemný rezervoár horúcej vody, ktorej množstvo pri hlave vrtov bolo spolu asi 50 l/s pri jej teplote 78o C. Súčasne vrty poskytujú asi 35 l/s, ktoré množstvo sa zachytáva v zásobníku o obsahu 10000 l. Voda sa na povrch pumpuje ponornými čerpadlami s regulovateľnými výkonmi. Pritom sa čerpá len také množstvo vody, ktoré sa využíva. Horúca voda z vrtov je však značne mineralizovaná (4300 - 5900 mg/l-1) čo by pri jej priamom použití spôsobovalo značné problémy s inkrustáciou rozvodnej sústavy. Preto v zásobníku je umiestnená medená "stena": na jej jednej strane je horúca, ale značne mineralizovaná voda z vrtov, na druhej strane je povrchová, v podstate nemineralizovaná, studená voda. Keďže medená stena je výborným vodičom tepla, odovzdáva tepelnú energu studenej vode na jej druhej strane. V praxi je to komplikovanejšie, no pre vysvetlenie využívania obnoviteľnej geotermálnej energie v Galante to postačuje. No tepelná energia vôd sa na vykurovanie budov sa už využíva aj vTopoľníkoch a Podhájskej.
Vyššieuvedeným spôsobom je v Galante na sídlisku Galanta-sever vykurovaných 1236 bytov ale aj nemocnica s poliklinikou. V záujme získania dostatočného množstva tepla vykurovacie telesá sú väčšie (asi o 30 %) ako štandardné telesá. Aby nedošlo k nežiadúcej nepredvídanej udalosti v zálohe je kotolňa, v ktorej vykurovacím médium je zemný plyn. Táto však aj v najtuhších zimách do sústavy dodáve len do lO % z celkového využívaného tepla.
No problematika využívania zemského tepla sa u nás už nieľko decénií realizuje aj v inej podobe: teplou vodou zemských hlbín sú vyhrievané vody kúpalísk napr. na Žitnom ostrove, ale aj v aquaparkoch v Poprade, na Liptovskej Mare ako aj pri vyhrievaní zeleninových skleníkov (celkove asi na 20 ha) najmä na Žitnom ostrove. Z uvedeného je zrejmé, že Slovenská republika v oblasti využívania geotermálnej energie zemského vnútra vykročila správnym smerom, no pokračovanie je akési váhavé.
Prof. RNDr. Dušan Hovorka, DrSc.