Geotermální energie jako nejlepší náhrada plynu?

Až 20 procent zemního plynu z Ruska lze nahradit obnovitelnými zdroji, tvrdí Komora obnovitelných zdrojů. Jedním z nich je i dosud opomíjená geotermální energie. Největší perspektivu má využití v teplárenství.

Pod pojmem geotermální energie si většina z nás představí tepelná čerpadla, která se stále masivněji používají k vytápění rodinných domů. Ta ale vesměs fungují jen na principu vzduch‑voda, nikoliv země‑vzduch nebo země‑voda. V komerční či veřejné sféře se ovšem zatím až na výjimky takřka nevyužívají. Geotermální energie je přitom plnohodnotným zdrojem schopným nahrazovat zemní plyn a uhlí využívané v malých soustavách dálkového vytápění a chlazení. „Z fyzikálního pohledu je to teplo, které je dlouhodobě uložené v Zemi a vychází z horkého jádra. Dosahuje teploty pěti až šesti tisíců stupňů. Toto teplo pomalu stoupá nahoru až k zemské kůře a v této vrstvě si ho můžeme případně odebírat,“ vysvětluje Antonín Tym z České geotermální asociace.

K využití hlubinné energie pak můžeme podle Tyma přistoupit pomocí dvou systémů: hydrotermálního a stimulovaného.

V prvním případě se využívá takzvaných zvodnělých vrstev, které se přirozeně vyskytují ve větších hloubkách v řádech kilometrů. Je to vodou nasycená hornina s množstvím vody, která přejímá teplotu okolí. Jaká je teplota v určené hloubce, závisí podle Antonína Tyma na tepelném gradientu. Obvykle můžeme očekávat teploty kolem 30, ale i 60 a více stupňů Celsia a to lze využít pro vytápění a v některých případech i pro výrobu elektřiny. V Česku je tento gradient zhruba 30 stupňů na jeden kilometr, takže v hloubce dva kilometry je zhruba 60 stupňů Celsia.

Druhý způsob při využití stimulovaných nebo umělých systémů na čerpání geotermální energie využívá horniny bez dostatečného množství média v podobě vody, z něhož by se dala energie čerpat. „Pomáháme si tak, že máme jeden, případně více vrtů, přičemž jedním vháníme vodu do tohoto suchého prostředí. Potřebujeme přitom, aby nám příroda trochu pomohla a vytvořila tam puklinový systém, kterým voda proteče a převezme teplo okolního prostředí. A jímacím nebo produkčním vrtem se odebírá ohřátá voda nazpět,“ vysvětlil princip druhého systému geolog.

Levnější je čerpání hydrotermální energie, která se ve světě využívá poměrně běžně. Podle Tyma se například v Německu počítají tyto vrty na stovky až tisíce a jediný větší problém, který je třeba řešit, je ochrana před usazováním látek, které jsou v této silně mineralizované vodě přítomné. I když jsou prvotní náklady poměrně vysoké, investice se postupně vrací díky tomu, že je tato energie v podstatě zdarma. „Návratnost se pohybuje v řádech deseti, dvanácti až patnácti let – záleží na tom, jak je tento zdroj vydatný,“ uvádí Tym.

Pokud by chtěl soukromník na svém pozemku využít takový vrt, musí počítat s náklady zhruba tisíc až dva tisíce na vyvrtaný metr. Podle Tyma by si takto vybudovaný zdroj energie v podobě tepelného čerpadla přijímajícího energii ze země zasloužil zvýhodnění v dotačních programech oproti těm, kteří ji čerpají ze vzduchu, a to kvůli vícenákladům na vrt.

Na druhou stranu, oproti systémům vzduch‑voda je v případě systémů země‑vzduch a země‑voda vyšší účinnost, a tím pádem i topný faktor. „Obrovská výhoda zemních vrtů ale tkví v tom, že s jejich pomocí můžete i chladit,“ popisuje výhody využití mělké geotermální energie odborník.

Hlubinnou energii lze využít hydrotermálním přístupem. To znamená, že se využívá takzvaných zvodnělých vrstev, které se přirozeně vyskytují ve větších hloubkách v řádech kilometrů.

Foto: Shutterstock

Možnosti geotermální energie

Uplatnit se dá tento druh energií v různých oblastech. Hodí se pro komerční využití v teplárenství, průmyslu, veřejném sektoru a developerských projektech. Z pohledu nejrychleji naplnitelného tržního potenciálu je zcela jednoznačně nejperspektivnější technologie mělké geotermální energie využívající soustavy vrtů a vysokoteplotních čerpadel. Z pohledu technického potenciálu existují ještě větší možnosti využívání takzvané hluboké GTE neboli vrtů hlubokých více než 2000 metrů. Takové jsou hlavní závěry studie Země má energie na rozdávání – proč ji využíváme tak málo a jak to změnit? Studie shrnuje geotermální potenciál a rámcové podmínky jeho využití v Česku a rozpracovává čtyři možnosti pětiletého rozvoje sektoru do roku 2027.

„Geotermální energie je dostatek, stát však musí systematickou a cílenou podporou umožnit její rychlejší a masivnější využívání tak, aby odpovídala potřebám teplárenského sektoru a komerčním aplikacím. Jedině tak bude možné tuto široce dostupnou, vysoce efektivní, čistou, stabilní, bezpečnou formu energie, kterou nijak neovlivní extrémní vlivy, v maximální možné míře čerpat jako náhradu za zemní plyn a uhlí,“ vysvětluje Antonín Tym, který přípravu studie vedl.

„Významným aspektem mělké geotermální energie je pak také schopnost zároveň generovat chlad, jehož potřeba neustále roste a podle některých odhadů již v roce 2050 by měla spotřebovaná energie na chlazení převýšit spotřebu energie na vytápění,“ dodal Tym.

„Geotermální energie je plnohodnotným zdrojem schopným nahrazovat v poměrně velkém rozsahu fosilní zdroje využívané pro vytápění v České republice. Takto zásadní transformace však musí být podle našeho názoru koordinována na úrovni státu,“ uvedl Radek Červín, předseda Asociace pro využívání tepelných čerpadel.

Využívání vrtů zatím v plenkách

Potenciál geotermální energetiky (získávání energie ze zemského jádra) se v Česku pohybuje na úrovni evropského průměru, její využívání v tuzemsku ale stojí na samém začátku. V současnosti lze konstatovat, že jímání geotermální energie z prvních stovek metrů pod povrchem v kombinaci s tepelnými čerpadly je zcela konvenční a ověřenou technologií.

V Česku je však až na výjimky využívaná velmi omezeně, rozšířeny jsou především malé instalace v sektoru bydlení – v rodinných domech. V poslední době se již ale začínají objevovat instalace i pro komerční využití v administrativních budovách, školách, průmyslových areálech a rezidenčních souborech. Potenciál pro systémy dálkového zásobování teplem však bohužel zůstává zcela nevyužitý.

Jak studie Geofyzikálního ústavu Akademie věd ČR a České geologické služby uvádí, nejlepší podmínky pro využití geotermální energie mají severovýchodní Čechy, Poohří, okolí Českých Budějovic a východní Morava. Naopak jako málo vhodné se pro energetické využití geotermální energie jeví Vysočina, Plzeňsko či oblast Jeseníků.

Zájem investorů o tento druh obnovitelné energetiky však zůstává nízký. Zatím se využití geotermální energie ve větším rozsahu v Česku omezuje na čerpání podzemní vody v Děčíně (tu však musí děčínská teplárna ze skupiny MVV Energie dál dohřívat spalováním zemního plynu) a na využití podzemní horké vody pro akvapark v Pasohlávkách na jižní Moravě. Dříve oznámené plány na stavbu geotermálních elektráren či tepláren zůstávají bohužel nadále jen na papíře.

První geotermální projekt s využitím technologie Hot Dry Rock (ohřev vody horkými horninami v podzemí) chystalo v Česku město Litoměřice, a to již od roku 2000. Po vyvrtání průzkumného vrtu do hloubky 2111 metrů v roce 2007 však projekt „zamrzl“, jak uvádí Ekonomický týdeník ze dne 22. 5. 2022. V minulých letech v Litoměřicích vzniklo aspoň výzkumné centrum RINGEN. To se aktuálně zabývá projektem Synergys, který je zaměřen na možné ukládání tepla do podzemních struktur a jeho využití k vytápění města v zimní sezoně. Na mrtvém bodě podle informací stejného zdroje uvízly také projekty soukromé společnosti Entergeo, která v minulém desetiletí připravovala návrhy na geotermální elektrárny v Tanvaldu a v Semilech. Plány firmy narazily na nesouhlas místních obyvatel i stavebních úřadů.

Nadějněji vypadá situace pro geotermální zdroje energie na Slovensku. První geotermální elektrárny o výkonu až 20 megawattů zřejmě vzniknou poblíž Žiaru nad Hronom. Do projektu, který připravila firemní skupina PW Energy, nedávno majetkově vstoupil SSE Holding, což je vlastník Stredoslovenské energetiky. SSE holding zčásti vlastní stát a zčásti skupina EPH českého miliardáře Daniela Křetínského. Spuštění provozu první elektrárny je plánováno na rok 2026.

V Evropě naopak projektů na výstavbu geotermálních elektráren, které využívají tepelnou energii zemského nitra, přibývá. Geotermální energií jsou podle Radka Červína vytápěny například Helsinky a Stockholm, na masivní využívání geotermální energie se chystá Polsko.

Převratný experiment

Průlomový vrt do nitra Země plánuje americký start‑up Quaise. S moderní technologií se chystá vrtat do hloubky až 20 kilometrů a odtud pak následně čerpat teplo.

Energie

Stáhněte si přílohu v PDF

Zatím se lidstvo provrtalo jen do hloubky 12 kilometrů. V kategorii vědeckých vrtů do zemské kůry patří prvenství Kolskému superhlubokému vrtu. Vyhloubili ho v osmdesátých letech minulého století v severozápadním Rusku.

Společnost Quiase se chystá vrtat pomocí gyrotronu, což je mikrovlnný zdroj vysílající elektromagnetické vlny o vysoké frekvenci a intenzitě. Využije technologii, která je součástí fúzních projektů. V hloubce až 20 kilometrů by gyrotron měl narazit na horninu o teplotě kolem 500 stupňů Celsia, což by spolu s tlakem 22 megapascalů mělo stačit na to, aby se voda dostala do superkritického stavu podobnému páře. Z ní by se dala vyrábět elektřina.

Experti odhadují, že gyrotron o výkonu jednoho megawattu vyvrtá 70 metrů horniny za hodinu. V Quaise vyvíjejí prototypy, které by měly být spuštěny v roce 2024. První konvertovanou elektrárnu poháněnou geotermální energií z hlubin chce společnost spustit v roce 2028.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Energie.