Geotermální energie a energie moře

Vypracovali: David Fuka, Jana Veselá, Petra Jurková

Obnovitelné zdroje energie

Současný trend v energetické politice prosazuje vyrovnaný "energetický mix" jednotlivých druhů zdrojů. Jejich role je přímo závislá jak na hodnocení z hlediska trvale udržitelného rozvoje, tak z hlediska ekonomických ukazatelů. Kromě primárních zdrojů (fosilní paliva, tj. klasické elektrárny, uran) to platí i pro tzv. alternativní zdroje, častěji nazývané jako zdroje obnovitelné. V měřítku existence lidstva a jeho potřeb jde o nevyčerpatelné formy energie Slunce a Země.

Rozdělení OZE dle zdroje• Sluneční energie • Vodní energie • Větrná energie • Geotermální energie • Energie mořských vln • Parní energie • Svalová energie • Světelná energie • Energie ohně

Geotermální energie je projevem tepelné energie zemského jádra, která vzniká např. rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil. Jejími projevy jsou erupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Využívá se ve formě tepelné energie či pro výrobu elektrické energie v geotermálních elektrárnách. Obvykle se řadí mezi obnovitelné zdroje energie, nemusí to však nemusí platit vždy.

Jde v podstatě o nejstarší energii na Zemi, jež vznikla z mateřské mlhoviny, následnými srážkami kosmických těles a v poslední době je energie částečně generovaná radioaktivním rozpadem některých prvků v zemském tělese. Tato forma více či měně obnovitelná navíc přirozeně existuje ve vodě (podzemní méně i podpovrchová), vzduchu a v půdě.

1. Russia 2. Japan 3. Eastern China 4. Himalayan Geothermal Belt 5. The Philippines 6. Indonesia 7. New Zealand 8. Canada 9. United States 10. Mexico 11. Central American Volcanic Belt

12. Andean Volcanic Belt 13. The Caribbean 14. Iceland and other Atlantic Islan

ds

15. Northern Europe 16. Eastern Europe 17. Italy 18. Eastern and Southern Mediterr

anean

19. East Africa Rift System

GTE Ve světě

• V rozsáhlejším měřítku se tato energie využívá např. na Islandu, kde se využívá pro vyhřívání obytných domů, skleníků, veřejných budov, bazénů, pro vyhřívání chodníků, aby se v zimě nemusely příliš upravovat a dokonce i pro pěstování banánů či jiného jižního ovoce. Další země, které geotermální energii ve větším využívají jsou USA, Velká Británie, Francie, Švýcarsko, Německo a Nový Zéland. Nové studie předpokládají velký rozmach geotermální energie v Austrálii, kde se plánuje stavba soustavy elektráren v tektonicky aktivní oblasti. Pokud se projekt osvědčí, počítá se s podobnými stavbami i na dalších místech Země.

Geotermální elektrárny

• První geotermální elektrárna byla otevřena v Larderello, Itálie už v roce 1904. Celosvětově se produkce pohybovala okolo 8 000 megawattů a na Spojené státy připadalo 2 700 megawattů. Využití v geotermálních elektrárnách je většinou technologicky náročné, což je dáno zejména kvalitou vody, ta je silně mineralizovaná a častá výměna potrubí a čištění systému je nutností. Globálně je dostatečný tepelný spád obvykle zároveň spojen s geologickou nestabilitou oblasti, v níž se nachází, což klade vysoké nároky na kvalitní stavbu schopnou odolávat zemětřesení

• Dnes se využívají tři druhy elektráren - na suchou páru, na mokrou páru a horkovodní (binární). 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.

• Geotermální pumpy je možno využit k ohřívání i chlazení individuálních domků. Jedná se o využití zemního tepla (či v létě chladna), které se nachází v hloubce 2-3 metrů a zůstává stabilní během roku.

• V rakouském Altheimu stojí geotermální elektrárna ve vesnici přímo za místní radnicí. Je to pozemek o velikosti rodinného domu se zahradou. Nejznámější připravovaný evropský projekt HDR je ve francouzském Soultz-sous-Forets. Podobné elektrárny jsou v různých fázích realizace i v německém Bad Urbachu, v USA, Austrálii, Japonsku, ve stadiu podrobné studie ve švýcarské Basileji.

• Východní Evropa – teplota podzemní vody do 80 °C z hloubky 500-2000 m. Hlavní oblasti: Hungary (1630 GWh/yr), Bulgaria (220 GWh/yr), Slovakia (502 GWh/yr), Romania (360 GWh/yr), Poland (206 GWh/yr) Yugoslavia (1085 GWh/yr) nejčastější využití je pro plavecké bazény, skleníky či lázně. Například v Maďarsku je poměr využítí této energie na různé účely následující: koupání (45%), skleníky (42%), průmysl (10%), v neposlední řadě jako zdroj pitné vody.. Na jihozápadě Maďarska kde teplota podzemní vody dosahuje až 140 °C je více než 80% místních skleníků ohříváno getermální eneergií.. V Čechách a Polsku jsou podzemní horké mineralizované prameny využívány zejména k lázeňským a léčebným účinkům, přičemž některé lázně májí již více jak 500letou tradici..

Využití geotermální energie v ČR

• Existuje mapa tepelného toku pod celou ČR, z které je možné zjistit území s dobrými podmínkami pro využití geotermální energie z litosféry. Jedná se asi o 28 lokalit. Na našem území se však využití této energii omezuje zejména na tepelná čerpadla viz. dále.

• Podrobně je popsána např.oblast Děčínska. Zatím největší projekt využití této energie na našem území je hydrotermální teplárna s vrtem do hloubky 550 metrů. Ostatní oblasti čekají na zájem investorů, kteří by podrobnější zkoumání mohli iniciovat. V případě Děčína pomohl financovat geotermální vrt Státní fond životního prostředí, ale velkou část peněz musel dodat majoritní vlastník Terma Děčín, německý koncern MVV Energie, a 274 milionů je z bankovního úvěru.

• Třicet milionů získali děčínští jako grant od Dánského království. Celý projekt včetně přípravných prací, geotermálního vrtu, stavby zdroje, rozvodné soustavy a přivaděče pitné vody do městského vodojemu stál přes 550 milionů korun. Energie je v Děčíně ukryta v obrovském podzemním jezeru, z něhož vytéká na povrch voda o teplotě 30 °C přirozeným přetlakem. Po vychlazení na 10 °C a jednoduché úpravě splňuje požadavky na pitnou vodu a je dodávána do městského vodojemu v objemu kolem 1 milionu m3 ročně. K přečerpávání vody a jejímu dalšímu zahřívání na 90 °C, aby mohla vytápět domácnosti, je nutná energie. Tato elektřina pro pohon kompresorů tepelných čerpadel se vyrábí kogeneračně, energii ve špičce dodávají kotle na zemní plyn. Není tedy čistě z obnovitelných zdrojů.

• V Česku využívá geotermální energii také např. město Ústí nad Labem, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a od května 2006 také k vytápění zoologické zahrady.V Litoměřicích se od listopadu 2006 hloubí zkušební vrt pro geotermální elektrárnu, který by měl skončit v hloubce 2500 m. již produkční. Tyto vrty mají dosáhnout hloubky až 5000 m. Elektrárna bude založena na metodě HDR, která ještě nebyla ve střední ani východní Evropě použita. Tato metoda spočívá v tom, že se do jednoho vrtu vhání voda, a ze druhém se čerpá, přičemž se voda v hloubce ohřívá. Jedná se o uzavřený oběh média - vody. Tepelná energie se může přeměnit na energii elektrickou.Náklady mají být kolem 1,11 miliardy Kč, na jejich krytí se bude podílet i EU.

Český potenciál metodou HDR v České republice

• Při úvaze, že bychom např. blok Českého masivu o mocnosti 4 km ochladili o 1°C, získali bychom teoretický potenciál 500 000 PJ, přičemž roční spotřeba primárních energetických zdrojů v ČR je 1 800 PJ.

• Ze řady výzkumných studií je možné odvodit, že na našem území je podle prvních výpočtů možné identifikovat minimálně 60 lokalit využitelných metodou HDR, v současné době vhodných pro výrobu elektřiny s celkovým výkonem cca 250 MW a tepla na vytápění s výkonem cca 2 000 MW, což představuje roční výrobu cca 2 TWh elektřiny a 4 TWh využitého tepla.

• Ve vzdálenějším výhledu, po provedení doplňkového průzkumu na vytypovaných lokalitách, předpokládáme možnost vybudování elektráren o celkovém výkonu 3 200 MW. Tyto instalace mohou být relativně rovnoměrně rozmístěny po republice a jejich roční výroba je odhadována na cca 26 TWh.

Princip tepelného čerpadla: • Historie této technologie sahá do roku

1852, kdy Lord Kelvin ve své druhé větě termodynamické tvrdí, že teplo se šíří vždy ve směru od teplejší ke studenější části.

• První tepelné čerpadlo sestrojil, omylem americký vynálezce Robert C. Webber na konci čtyřicátých let minulého století. Právě když prováděl pokusy s hlubokým zamrazením, dotkl se omylem výstupního potrubí mrazícího přístroje a popálil si dlaň.

• To ho přivedlo na myšlenku základní funkce tepelného čerpadla. Propojil výstup z mrazáku s bojlerem na teplou vodu a jelikož měl ale stále přebytek tepla, napojil horkou vodu na potrubní smyčku a pomocí malého větráku začal vhánět teplý vzduch do domu. Následně zkusil úspěšně čerpat teplo ze země pomocí zemních kolektorů. A jelikož ho výsledky velmi příjemně překvapily, v následujícím roce již prodal svůj starý kotel na uhlí

Princip a funkce tepelného čerpadla• Tepelné čerpadlo pracuje na stejném, avšak opačném principu jako chladnička, je

ale výkonější technologií. Odebírá teplo vodě, vzduchu nebo zemi, a pomocí radiátorů nebo podlahového vytápění topí. 

• První děj - Vypařování:• Od vzduchu, vody nebo země odebírá teplo chladivo kolující v tepelném čerpadle a

tím se odpařuje (mění skupenství na plynné).• Druhý děj - Komprese:• Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí o několik stupňů ohřáté plynné

chladivo, a díky fyzikálnímu principu komprese, kdy při vyšším tlaku stoupá teplota, jako teplotní výtah "vynese" ono nízkopotenciální teplo na vyšší teplotní hladinu cca. 80°C.

• Třetí děj - Kondenzace:• Takto zahřáté chladivo pomocí druhého výměníku předá teplo vodě v radiátorech,

ochladí se a zkondenzuje. Radiátory toto teplo vyzáří do místnosti. Ochlazená voda v topném okruhu pak putuje nazpět k druhému výměníku pro další ohřátí.

• Čtvrtý děj - Expanze:• Průchodem přes expanzní ventil putuje chladivo nazpátek k prvnímu výměníku,

kde se opět ohřeje.

Tepelná čerpadla• Tepelná čerpadla vzduch-voda• Výhody• poměr cena/výkon • univerzálně použitelné • jednoduchá instalace • Nevýhody• za silných mrazů nižší účinnost • hlučnost venkovní jednotky • Princip:• Vnější jednotkou (výparníkem s ventilátorem) umístěnou venku, je

nasáván vzduch ze kterého je odebírána tepelná energie a opětně je tento vzduch (ochlazený) vyháněn do venkovního prostoru. Vnitřní jednotka, umístěná v objektu, zabezpečuje výrobu topné vody a TUV.Moderní tepelná čerpadla pracují spolehlivě i při velmi nízkých venkovních teplotách (až do -20°C).

• Účinnost tepelných čerpadel vzduch/voda• Průměrny topný faktor systému tepelného čerpadla

vzduch-voda v celé topné sezóně se příliš neliší od systému čerpadla země-voda. Je to dáno tím, že na začátku a na konci topné sezóny je vzduch teplejší nežli zem. Přepočteno na peníze, ušetříte u rodinného domu s průměrnou tepelnou ztrátou s tepelným čerpadlem země-voda cca pouze o 2000 Kč/rok více než s typem vzduch-voda. Investiční rozdíl může ale činit až 100 000 Kč díky ceně vrtů.

Tepelná čerpadla země-voda

Výhody• stabilní topný výkon • úspory až 70% nákladů • dlohodobá životnost • absolutně tichý chod  Nevýhody• vyšší investiční náklady (vrt) • rozsáhlé pozemní práce (kolektor) • Princip funkce tepelných čerpadel země-voda• V plastové trubce, několik set metrů dlouhé (zemním kolektoru),

cirkuluje nemrznoucí směs, která se průchodem zemí ohřívá. Poté putuje do výměníku tepelného čerpadla (výparníku), kde se ochladí, tj. odebere se onen tepelný přírůstek a ochlazená směs zamíří zpět do kolektoru k opětovnému zahřátí. Tento cyklus se neustále opakuje.

• Odebírat nízkopotenciální energii ze země můžeme pomocí horizontálního plošného kolektoru, nebo z vertikálního vrtu.

• Dimenzování tepelných čerpadel země-voda• U tepelných čerpadel voda/voda a země/voda platí v našich klimatických a

ekonomických podmínkách racionální pravidlo, instalovat výkon tepelného čerpadla na cca 70 % tepelných ztrát objektu. Zbytek tepelných ztrát je při nejnižších teplotách (jedná se pouze o několik dní topné sezóny) kryt doplňkovým - bivalentním zdrojem tepla, nejčastěji elektrokotlem.

• Instalace výkonu tepelného čerpadla na 100 % tepelných ztrát by přinesla podstatné zvýšení investičních nákladů, které by již nepřineslo téměř žádnou další úsporu provozních nákladů. Jde tedy o ideální kompromis mezi investičními a provozními náklady.

• Poždadavky na zdroj energie• Varianta plošný kolektor• Velikost pozemku nutného pro zbudování zdroje závisí na výkonu

tepelného čerpadla a vlastnostech půdy. Čím je větší její vlhkost, tím větší je energetická vydatnost. Obecně lze říci, že na 1kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete cca. 30m2 pozemku. Asi nejlepší představu o plošném kolektoru si uděláte pomocí následujícího obrázku

Tepelné čerpadlo voda - voda• Zdroje enegie tohoto systému: • zemský masiv (předpokladem jsou vrtné práce nebo uložení registrů do

země, hloubka vrtů nebo délka registru záleží na potřebném výkonu tepelného čerpadla). Topný faktor je celoročně prakticky konstantní. Při provádění zemních vrtů jsou nutná některá zvláštní povolení (hydrogeologický posudek pro odbor životního prostředí příslušného místního městského úřadu). Tento systém je užíván jako systémový zdroj energie a souvisý především se vznikem geotermální elektrárny.

• čerpání spodní vody ze zbudované studně (čerpací), odebírání tepla čerpané vodě a navracení ochlazené vody zpět do druhé studny (vsakovací) tak, aby nebyl narušen režim spodních vod. Topný faktor je celoročně přibližně konstantní (lehce se mění se změnou teploty spodní vody). Pro provádění studní je nutné schválení příslušným vodoprávním úřadem.

• řeka nebo rybník (předpokladem je uložení výměníků pod hladinu). U obou zdrojů je potřeba provést energetickou bilanci, aby nedošlo k podchlazení zdroje tepla. V případě použití odděleného primárního okruhu (do TČ není čerpána přímo voda ze zdroje tepla) je

• podmínkou použití biologicky šetrné nemrznoucí směsi v primárním okruhu, většinou směs lihu a vody.

• Výhody: Není –li zdrojem zemský masív - nižší pořizovací cena v porovnání s termovrty, vysoký topný faktor.

• Nevýhody: Spodní voda musí mít teplotu min. 7 °C a musí vyhovět její chemický rozbor. Větší riziko poruch, nutnost instalace a čištění filtrů. Zajímavé údaje: V některých lokalitách dosahuje teplota spodní vody až 14 °C. Poznámka: Pro běžný rodinný dům musí mít studna garantovanou vydatnost přibližně 0,5 l/s (43 000 l/den)

•  • Dále lze využívat systémy nemrznoucí kapalina – voda, případně jiné.•  • Druhy tepelných čerpadel:• Kompresorové tepelné čerpadlo• Patří k nejvyužívanějšímu druhu TČ, pístový či rotační kompresor, pohánění

spalovacím či elektrickým motorem.• Absorbční tepelná čerpadla• Tento druih je značně neefektivní. KE zvyšování tlaku dochází pomocí adsorbce

chladiva do roztoku, hnací silou je zpravidla pára, horká voda či spalování.• Hybridní tepelná čerpadla

Co přinese tento zdroj energie do budoucna:

• snížení CO2 , snížení znečištění ovzduší oxidem siřičitým, v případě že se energie získávala fosilními palivy, snížení produkce žádný odpadů, automatizace, dodávka energie probíhá průběžně a celoročně, nepotřebují žádný záložní zdroj.

•  • EU se zavázala, že do roku 2020 bude 20 % energie z obnovitelných

zdrojů. Geotermální elektrárny, to je optimální řešení.  Francie má 80 % elektřiny z atomu, díky tomu je tam již dnes cca o 30 % levnější elektřina, než v ČR.  Francie buduje geotermální elektrárny. Francie je také největším evropským exportérem elektřiny. Německo se orientuje na hnědé uhlí. V ČR je několik koncepcí. Jádro, paroplyn, uhlí. Žádná z nich však není postavena na obnovitelných zdrojích.. Geotermální elektrárny – nulové emise, nulové skleníkové plyny. Ideální řešení pro sídliště a města. Zde již existují centrální rozvody tepla.

Dotace• Fyzické osoby (ale i ostatní podn. a nepodnikatelské

subjekty) jsou podporovány zejména v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie platné pro rok 2008. Jedná se o roční program financovaný státním rozpočtem, který je v gesci MPO - část A (Akční program vyhlášený Ministerstvem průmyslu a obchodu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie pro rok 2008.

• Pro podnikatelské subjekty je určen Operační program Podnikání a inovace 2007 – 2013 (Program EKO-ENERGIE realizující Prioritní osu 3 „Efektivní energie“). Řídícím orgánem je MPO a zprostředkujícími subjekty jsou zejména CzechInvest (administrace a poradenství v regionálních kancelářích), CzechTrade a ČMZRB (realizace zvýhodněných úvěrů a záruk).

Dotace

• Ministerstvo průmyslu a obchodu vyhlásilo dnem 25. dubna 2007 1. výzvu k předkládání projektů v rámci programu podpory EKO-ENERGIE, a to formou kontinuálního, avšak časově omezeného příjmu žádostí. Podpora bude poskytována formou dotace nebo podřízeného úvěru s finančním příspěvkem. Obě formy nelze navzájem kombinovat. V první fázi se předpokládá pouze podpora formou dotace, přitom minimální absolutní výše dotace činí 0,5 mil. Kč a nejvyšší absolutní částka dotace může činit 100 mil.Kč.

Dotace

• Nepodnikatelské subjekty• Města, obce, obecně prospěšné společnosti a další neziskové subjekty budou

moci získávat dotace na financování projektů OZE v rámci Operačního programu Životní prostředí. Konkrétní podmínky programu a vyhlášené výzvy naleznete na OPŽP.

•  • V první výzvě programu Eko-Energie v roce 2007 byla žádána

podpora celkem na 535 projektů.Z podaných 213 žádostí na fotovoltaické elektrárny s celkovým požadavkem na 5 163 mil. Kč nebude podpořena ani jediná. Takto to také již v srpnu 2007 deklaroval ministr Říman: "Při vyhlášení programu Eko-energie jsem jasně oznámil jeho priority. Navýšením prostředků pro první výzvu budeme schopni pokrýt energetické úspory a malé vodní zdroje. Na fotovoltaiku, kde se sešly žádosti o celkem více než pětimiliardovou dotaci, se už zřejmě nedostane.

Vybraní čeští a světový výrobci

• http://pzp.cz• http://www.hennlich.cz• http://www.mastertherm.cz• http://www.kostecka.net/• http://www.stiebel-eltron.cz• http://www.regulus.cz• http://www.termokomfort.cz• http://www.nibe-cz.com

Závěrem:

• Typ vzduch voda patří k nejužívanějšímu a nejefektivnějšímu způsobu využití Geotermální energie, pro životnost čerpadla je důležitý počet startů, hodnota topného faktoru je důležitá a závisí na teplotě. U systému země voda zemní kolektor v zimě namrzá a je nutné s tímto počítat, chladivo do kompresorů systému geotermálního čerpadla je zásadně bez freonů, ideální je pr tento typ vodivá jílovitá půda, investice tepelných čerpadel do starých domů je v případě kdy nedochází k celkové rekonstrukci stavby neefektivní, životnost čerpadel je cca 12 let dle kvality a provozních podmínek. Při výběru firmy je třeba pečlivě vybírat a informovat se o zkušenostech firmy, trh s tepelnými čerpadly se totiž stává lukrativní záležitostí, není při tom rozhodující původ firmy, avšak její dlouholeté zkušenosti.

• •

•

• Thank you for your attention