Geotermální energie

Rozbalit box

Obsah boxu

Geotermální energie je tepelná energie pocházející z nitra Země. Je to jeden z obnovitelných zdrojů energie, který vzniká rozpadem radioaktivních látek v zemském jádře a je projevem zbytkového tepla z doby vzniku naší planety. Tato energie se na povrch dostává ve formě sopečných erupcí, gejzírů, horkých pramenů nebo parních výronů. Lze ji využívat buď přímo k vytápění, nebo k výrobě elektrické energie v geotermálních elektrárnách. Na rozdíl od solární nebo větrné energie je geotermální energie stabilní a dostupná 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, bez ohledu na počasí.

Geotermální energie
Soubor:Geothermal power plant Iceland.jpg
Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu, který je světovým lídrem ve využívání této energie.
Princip	Využití tepelné energie zemského nitra
Typ	Obnovitelný zdroj energie
Využití	Výroba elektřiny, dálkové vytápění, vytápění skleníků, lázeňství

🌍 Princip a zdroj tepla

Země je tvořena několika vrstvami: zemskou kůrou, pláštěm a jádrem. Teplota směrem ke středu Země roste, v zemském jádře dosahuje přes 5 000 °C. Toto teplo má dva hlavní zdroje: 1. Primordiální teplo: Zbytkové teplo z doby formování planety Země před zhruba 4,5 miliardami let. 2. Radiogenní teplo: Teplo, které neustále vzniká rozpadem radioaktivních izotopů, jako jsou draslík-40, uran-238 a thorium-232, v zemské kůře a plášti.

Tento neustálý tok tepla z nitra k povrchu se nazývá geotermální tepelný tok. Nárůst teploty s hloubkou se označuje jako geotermální gradient. V průměru činí asi 25–30 °C na každý kilometr hloubky. V oblastech s tenčí zemskou kůrou, například na rozhraní tektonických desek, ve vulkanicky aktivních oblastech nebo v blízkosti gejzírů, je však tento gradient mnohem vyšší, což umožňuje snadnější využití geotermální energie.

⏳ Historie využití

Lidé využívají zemské teplo po tisíce let, i když jeho moderní průmyslové využití je záležitostí posledních dvou století.

• Starověk: Již staří Římané, Číňané a původní obyvatelé Ameriky využívali horké minerální prameny ke koupání, vaření a vytápění. Římské lázně (termy) jsou toho nejznámějším příkladem.
• První průmyslové využití: Za první průmyslové využití je považován rok 1827, kdy Francesco Larderel v Toskánsku v Itálii začal využívat páru z přírodních výronů k extrakci kyseliny borité z vulkanického bahna.
• První výroba elektřiny: Zásadní zlom nastal 4. července 1904 v Larderellu v Itálii, kde princ Piero Ginori Conti poprvé v historii použil geotermální páru k pohonu malého generátoru, který rozsvítil pět žárovek.
• První geotermální elektrárna: Na základě tohoto úspěchu byla na stejném místě v roce 1913 postavena a uvedena do provozu první komerční geotermální elektrárna na světě.
• Moderní rozvoj: V průběhu 20. století, zejména po ropných krizích v 70. letech, začal celosvětový zájem o geotermální energii jako o alternativní zdroj stoupat. Významnými průkopníky se staly země jako Island, který využívá geotermální teplo k vytápění téměř 90 % domácností, Nový Zéland a Spojené státy americké.

🔥 Způsoby využití

Geotermální energii lze využívat dvěma základními způsoby: přímým využitím tepla a výrobou elektrické energie.

Přímé využití tepla

Tento způsob nevyžaduje extrémně vysoké teploty a je nejstarší a nejrozšířenější formou využití geotermální energie. Teplá nebo horká voda o teplotě od 20 °C do přibližně 150 °C je čerpána z podzemí a její teplo je přímo využíváno k různým účelům:

• Dálkové vytápění (teplárenství): Teplá voda z vrtů je rozváděna potrubím do měst a obcí, kde vytápí budovy, obytné domy, kanceláře a veřejné stavby. Tento systém je masivně využíván na Islandu (zejména v hlavním městě Reykjavíku), ale i ve Francii, Maďarsku nebo Číně.
• Vytápění skleníků a zemědělství: Stabilní dodávka tepla umožňuje celoroční pěstování zeleniny, květin a ovoce i v chladnějších klimatických podmínkách.
• Akvakultura: Ohřev vody v rybích farmách (sádky) urychluje růst ryb a dalších vodních živočichů.
• Průmyslové procesy: Geotermální teplo se využívá v procesech, které vyžadují nízkoteplotní teplo, jako je sušení dřeva, pasterizace mléka nebo zpracování potravin.
• Lázeňství a rekreace (balneologie): Tradiční využití horkých minerálních pramenů v lázních, wellness centrech a pro ohřev bazénů. Příkladem jsou termální lázně v Maďarsku nebo Modrá laguna na Islandu.
• Tepelná čerpadla: Mělké geotermální teplo (teplota půdy v hloubce několika metrů je stabilní) se využívá pomocí tepelných čerpadel systému země-voda pro vytápění a chlazení jednotlivých rodinných domů a budov.

Výroba elektrické energie

Pro výrobu elektřiny jsou zapotřebí mnohem vyšší teploty, obvykle nad 150 °C. Horká voda nebo pára je čerpána z hlubokých vrtů (často 1–3 km) a její energie roztáčí turbínu, která pohání elektrický generátor. Existují tři hlavní typy geotermálních elektráren:

1. Elektrárna se suchou párou (Dry Steam)

Toto je nejstarší a nejjednodušší typ geotermální elektrárny. Využívá se v oblastech, kde z vrtů vystupuje přímo přehřátá, suchá pára.

• Princip: Pára je vedena potrubím přímo do turbíny, kterou roztáčí. Po průchodu turbínou pára kondenzuje na vodu a je vháněna zpět do podzemního rezervoáru, aby se znovu ohřála.
• Příklad: Největší komplex tohoto typu na světě je The Geysers v Kalifornii, USA.

2. Elektrárna s mokrou párou (Flash Steam)

Tento typ je nejběžnější. Využívá se v místech s podzemními rezervoáry horké vody pod vysokým tlakem o teplotě nad 180 °C.

• Princip: Horká voda je pod vysokým tlakem čerpána na povrch do nízkotlaké nádrže (separátoru). V důsledku náhlého poklesu tlaku se část této vody okamžitě přemění na páru (tzv. flash). Tato pára pak pohání turbínu. Zbývající horká voda může být buď vedena do dalšího, ještě nízkotlakého separátoru pro získání další páry (dvoufázový cyklus), nebo je spolu s kondenzátem vháněna zpět do země.

3. Elektrárna s binárním cyklem (Binary Cycle)

Tento moderní typ elektrárny dokáže vyrábět elektřinu i z geotermálních zdrojů s nižší teplotou (od 80 °C do 180 °C).

• Princip: Geotermální voda se nikdy nedostane do přímého kontaktu s turbínou. Místo toho v tepelném výměníku ohřívá druhou pracovní kapalinu (tzv. binární médium) s mnohem nižším bodem varu, například isobutan nebo isopentan. Páry této druhé kapaliny pak roztáčí turbínu. Geotermální voda se po ochlazení vrací zpět do podzemí, čímž vzniká uzavřený, ekologicky šetrný cyklus.
• Výhody: Tento systém umožňuje využívat mnohem širší spektrum geotermálních zdrojů a do atmosféry se neuvolňují téměř žádné emise.

👍 Výhody a nevýhody

Geotermální energie má řadu významných výhod, ale i několik nevýhod a technologických výzev, které omezují její širší využití.

Výhody

• Obnovitelný a stabilní zdroj: Na rozdíl od Slunce a větru je zemské teplo k dispozici neustále, 24 hodin denně, 365 dní v roce. Geotermální elektrárny tak mohou dodávat energii do sítě stabilně a předvídatelně, což je činí ideálním zdrojem pro základní zatížení sítě.
• Nízké emise a šetrnost k životnímu prostředí: Během provozu produkují geotermální elektrárny minimální nebo žádné emise skleníkových plynů. Elektrárny s binárním cyklem jsou prakticky bezemisní. Emise oxidu uhličitého jsou v průměru asi 50krát nižší než u uhelných elektráren.
• Malý zábor půdy: Geotermální elektrárny mají jednu z nejmenších plošných náročností na jednotku vyrobené energie ze všech zdrojů. Většina zařízení je pod zemí a viditelná je pouze samotná elektrárna.
• Vysoká spolehlivost a nízké provozní náklady: Po dokončení výstavby jsou provozní náklady relativně nízké, protože zdroj "paliva" (tepla) je zdarma. Elektrárny jsou také velmi spolehlivé a mají vysoký koeficient využití.
• Nezávislost na dovozu paliv: Pro země s vhodnými geologickými podmínkami představuje geotermální energie domácí zdroj, který snižuje závislost na dovozu fosilních paliv.

Nevýhody a výzvy

• Geografická omezenost: Největší nevýhodou je, že vysoce kvalitní geotermální zdroje (s vysokou teplotou a v malé hloubce) jsou vázány na specifické geologické lokality, typicky na rozhraní tektonických desek (např. Pacifický ohnivý kruh, Island).
• Vysoké počáteční investice: Průzkum a hlubinné vrty jsou finančně velmi náročné a rizikové. Ne každý vrt je úspěšný, což může vést k vysokým ztrátám. Náklady na výstavbu elektrárny jsou vyšší než u srovnatelných elektráren na fosilní paliva.
• Riziko vyvolání seismické aktivity: Vhánění vody pod vysokým tlakem do podzemí, zejména u systémů EGS (viz níže), může v některých případech vyvolat slabá zemětřesení.
• Emise plynů: Geotermální pára a voda mohou obsahovat rozpuštěné plyny, včetně oxidu uhličitého (CO₂), sirovodíku (H₂S - zapáchá po zkažených vejcích), metanu a amoniaku. Moderní technologie (zejména binární cyklus) však tyto emise výrazně omezují.
• Spotřeba vody: Některé typy elektráren mohou spotřebovávat značné množství vody, což může být problém v suchých oblastech.

🌐 Stav ve světě a budoucnost

Celosvětová instalovaná kapacita geotermálních elektráren roste, i když pomaleji než u solární nebo větrné energie. Mezi světové lídry v produkci elektřiny z geotermální energie patří:

• Spojené státy americké: Největší světový producent, s největším komplexem The Geysers v Kalifornii.
• Indonésie a Filipíny: Země ležící v Pacifickém ohnivém kruhu s obrovským potenciálem.
• Turecko, Nový Zéland, Mexiko, Keňa a Itálie.
• Island: Ačkoli není největším producentem v absolutních číslech, geotermální energie pokrývá přibližně 30 % jeho výroby elektřiny a téměř veškeré potřeby tepla, což z něj činí světový vzor v jejím využívání.

Budoucnost geotermální energie je spojena s technologií Vylepšených geotermálních systémů (Enhanced Geothermal Systems, EGS). Tyto systémy umožňují vytvářet umělé geotermální rezervoáry i v oblastech, kde nejsou přirozené zdroje horké vody nebo páry. Princip spočívá ve vrtání do hloubky k suchým, ale horkým horninám a následném vtlačování vody pod vysokým tlakem, která v hornině vytvoří síť puklin. Voda se v nich ohřeje a druhým vrtem je čerpána na povrch. EGS má potenciál zpřístupnit geotermální energii kdekoli na světě.

🇨🇿 Geotermální energie v České republice

Česká republika nemá ideální podmínky pro výstavbu klasických geotermálních elektráren, protože se nenachází na rozhraní tektonických desek. Přesto zde existuje potenciál pro přímé využití tepla, zejména v oblastech s vyšším tepelným tokem, jako je sever Čech (např. Litoměřice, Děčín). Probíhá zde několik výzkumných a pilotních projektů zaměřených na využití geotermální energie pro dálkové vytápění. V oblasti vytápění rodinných domů zažívají velký rozmach tepelná čerpadla.

👶 Pro laiky

Představte si, že naše planeta Země je jako pečený brambor – na povrchu je chladná, ale uvnitř je horká. Geotermální energie je právě toto teplo z nitra Země.

Toto teplo můžeme využít dvěma hlavními způsoby: 1. Jako topení (přímé využití): V některých místech, jako je Island, vyvěrá horká voda přirozeně na povrch. Lidé ji jednoduše navrtají, napustí do potrubí a rozvedou do domů, kde s ní topí. Je to jako mít pod městem obrovský přírodní bojler. Stejně tak se dá využít k ohřevu bazénů nebo skleníků. 2. Výroba elektřiny: Tam, kde je v podzemí opravdu horko (např. u sopek), se voda mění na páru. Lidé navrtají hluboké díry do země, tuto horkou páru zachytí a pustí ji na turbínu. Pára turbínu roztočí (podobně jako vítr roztáčí větrník) a turbína pak vyrábí elektřinu. Poté se ochlazená voda pošle zpět do země, aby se znovu ohřála, a celý cyklus se opakuje.

Největší výhodou geotermální energie je, že je stabilní – na rozdíl od slunce, které v noci nesvítí, nebo větru, který někdy nefouká, teplo ze Země je k dispozici neustále. Navíc při jejím využívání nevznikají téměř žádné škodlivé emise. Nevýhodou je, že nejlepší místa pro její využití jsou jen někde na světě a postavit takovou elektrárnu je na začátku velmi drahé.