Zkušební vrt v Litoměřicích potvrdil správnost záměru
K širokému praktickému využití se konečně nabízí energie, která do palety obnovitelných zdrojů vnese stálost výkonu. Geotermická elektrárna a teplárna vydrží jet v jednom kuse na plný výkon až 40 let. A to bez ohledu na roční či denní dobu a na náhlé změny počasí.
„Surovinou“ geotermální elektrárny je zemské teplo, které bude prostřednictvím vodního koloběhu odebírat ze spodních vrstev zemské kůry. Elektrárna nebude závislá na dodávkách paliva a nebude produkovat žádný odpad ani skleníkové plyny. Po skončení provozu po sobě na zemském povrchu nezanechá žádné stopy. Dosud opomíjená geotermální energie by se v Česku mohla časem stát jedním z nejvýznamnějších obnovitelných zdrojů.
Nejsme Island
Na studeném Islandu vytéká ze země horká voda. Dar k nezaplacení - musí se tam hodně topit, ale bez horkých pramenů by nebylo čím. Voda vyhřátá geotermální energií je tam už dlouho takřka výlučným médiem pro vytápění. Je to dané výjimečnými přírodními podmínkami Islandu. Jako v každé vulkanické oblasti i tam se šíří teplo prouděním hmot uvnitř zemské kůry. V důsledku obrovských tlaků a teplot jsou horniny hluboko v zemi v tekutém stavu. Tekuté horniny narušují jinak ostrou fyzikální hranici mezi zemským pláštěm a kůrou a tlačí se k povrchu, zatímco voda, která na povrch naprší nebo roztaje ze sněhu, naopak puklinami stéká do hloubky. Několik kilometrů pod povrchem se na styku s horkými horninami zahřeje na teplotu kolem dvou set stupňů nebo i vyšší. Jejímu varu však v hlubinách brání vysoký tlak. Tato velice zahřátá voda se díky fyzikálním zákonům tlačí nazpět k povrchu. Tam, kde tlak už částečně povolí, přehřátá voda se začne vařit a uvolňovat páru. Proto na povrchu vyvěrá nejen v poklidných pramenech, ale často vytváří pověstné gejzíry. Tento přirozený geotermální systém může s vynaložením malých nákladů sloužit přímo k vytápění. Našich horkých pramenů je však poskrovnu a jsou lázeňskou vzácností, zejména Karlových Varů. Také teplota zemské kůry směrem ke středu Země přirůstá u nás podstatně pomaleji než ve vulkanických oblastech. Není žádná šance, že by voda přirozeným způsobem stékala do tak velkých hloubek, aby se výrazně ohřála. Na využití zemského tepla pro energetické využití proto museli jít naši geologové zcela jinak.
Vzít teplo suché hornině
Pokud voda u nás nezatéká několik kilometrů hluboko sama od sebe, musíme ji tam napustit, řekli si na základě zkušeností z Austrálie, Velké Británie či Německa čeští geologové v týmu Vlastimila Myslila z firmy Geomedia.
Téma se Myslilovi neodbytně vnucovalo už mnoho let. O vodě už věděl všechno podstatné, jenom ne to, jak má vodit z hloubi Země teplo. Deset let problematiku důkladně studoval, a nyní konečně vede tým, který připravuje první skutečný projekt. Teoretickou přípravu podpořilo ministerstvo životního prostředí a financovalo odbornou studii, která byla ukončená před dvěma lety. Práci o využití geotermální energie ministerstvo vydalo i v odborném časopise Planeta.
Na přípravě projektu spolupracoval geologický výzkumník Myslil především s teoretickým geologem Karlem Pošmourným. Rozhodli se využít teplo zakonzervované v suchých horninách. Poslouží jim k tomu tři nepříliš vzdálené vrty vedené zhruba do pětikilometrové hloubky. Prostředním vrtem se bude vhánět do horké horniny studená voda, zatímco dvěma zbylými se bude k povrchu sama tlačit voda přehřátá. V atmosférickém tlaku se okamžitě přemění v páru, která ve výměníku předá své teplo technologické vodě k pohonu elektrárenské turbíny a k vytápění škol, administrativních budov i domácností.
„Nepotřebujeme k tomu žádné velké čerpadlo. V prostředním vrtu stačí jen překonat odpor horninového prostředí. Zbytek už zařídí sama voda, která se bude chovat dle fyzikálních zákonů. Lehčí teplá voda se bude sama tlačit nahoru a pomohou jí přitom i plyny, které se při procesu uvolní,“ vysvětluje Myslil.
Litoměřice, město zaslíbené
Úspěch se snadněji dostaví tam, kde je horká suchá hornina, která má předávat teplo, ve velké hloubce rozpraskaná. A to je případ Litoměřic. „Trefujeme se do linie, kterou už dobře známe a jež se i na povrchu jeví jako zlomová zóna. První vrt jsme udělali přímo do křižovatky několika významných tektonických struktur,“ uvádí Myslil. Starý barrandienský systém ve směru severovýchod-jihozápad se tu kříží s hlubinným litoměřickým zlomem, který je považovaný za jeden z nejvýznamnějších v Českém masivu. Současně se tu i předpokládá křížení systému linií ve východozápadním a severojižním směru. Vhodnější místo než Litoměřice pro zahájení velkého geotermálního projektu v Česku není.
Geologové nejvíce oceňují, že je tu pod permokarbonskými překryvy a křídovými sedimenty geotermálně příznivá geologická struktura s metamorfovanými, tedy v daleké geologické minulosti tlakem a teplem přeměněnými horninami.
Litoměřice jsou v celém Česku nejlepším místem pro stavbu geotermální elektrárny. Výčet vhodného geologického prostředí doplňuje ještě několik šťastných okolností: Výhodná geotermální struktura se nachází přímo pod městem. Ideální místo pro vrty je navíc velice blízko od současného centra zásobování teplem, a proto napojení na soustavu nebude nákladné. Blízký tok Labe zaručuje dostatek vody pro její vhánění do vrtů. A to všechno ve městě, jehož radnice je proslulá osvíceným přístupem k využívání obnovitelných zdrojů energie.
Osvícená radnice
Vedoucí litoměřického odboru životního prostředí Pavel Gryndler se může pochlubit už jedním energetickým rekordem, který zapadl i v souhrnných výsledcích Solární ligy: nejvíce solárních instalací na rodinných domech v Česku ve vztahu k počtu obyvatel (EURO 3/2008). V Litoměřicích se těší podpoře jak solární kolektory, tak fotovoltaické články. Kromě toho město napomáhá rozvoji tepelných čerpadel a spalování biomasy. U čistírny odpadních vod pracuje bioplynová stanice, na Labi se točí a vyrábí elektřinu pětimegawattová malá vodní elektrárna. Teď město velice vstřícně spolupracuje s geology na projektu geotermální elektrárny a výtopny. Všechny tyto kroky zvyšují podíl vlastních energetických zdrojů a snižují emise oxidu uhličitého.
„Nejen zastupitelé, ale i většina obyvatel jsou geotermální energii nakloněni. Spočítali si, že by to znamenalo cenovou stabilizaci dodávek tepla nejméně na 30 let,“ uvádí Gryndler. A připravuje podklady, na jejichž základě Litoměřice požádají o podporu výstavby elektrárny a výtopny z evropských fondů.
Ochladíme zeměkouli?
Žádné strachy, že svými pět kilometrů hlubokými vrty mohou Litoměřičtí způsobit Zemi újmu. Ochlazení miniaturní části zemské kůry vzhledem k obrovské energii, která se skrývá v hlubinách Země, považuje geolog Karel Pošmourný za zcela nevýznamné. Ostatně v zemském nitru probíhají procesy, například rozpad radioaktivních prvků, které jsou vzdálené původní představě nějakého pravidelného vychládání Země. „Málokdo si uvědomuje, že 99 procent objemu Země má teplotu vyšší než tisíc stupňů Celsia,“ glosuje to Gryndler. Důležité je, že tepelně vodivé vyvřelé a metamorfované horniny, jimž je odebíráno teplo, překrývají horniny mladší, špatně vodivé, a proto se úbytek teploty podloží na povrchu neprojeví.
Zkušenost, že na záhonu nad tepelným výměníkem domácího tepelného čerpadla taje sníh mnohem později než v okolí, tedy nemusejí nikoho znepokojovat. Podpovrchové výměníky čerpadel se ukládají do hloubek, v nichž se vlivy zemského tepla vůbec neprojevují. Záhon je závislý na prohřátí sluncem. Vliv zemského tepla se u nás začíná projevovat až deset metrů pod povrchem, do tří metrů zahřívá povrch slunce. Mezi tím je neutrální zóna s neměnnou teplotou.
Původním předpokladem bylo, že se v projektové hloubce pěti kilometrů pod Litoměřicemi vyskytuje teplota 150 stupňů Celsia. Po zkušebním vrtu zhruba poloviční hloubky se ovšem Myslil i Pošmourný shodli na ještě lákavější prognóze 170 až 180 stupňů.
Kolik a za kolik?
Tři vrty na 40 let uživí elektrárnu do pěti megawattů elektrického výkonu a do 50 megawattů tepla do sítě. V období bez odběru tepla by bylo nezbytné při výrobě elektřiny technologickou vodu chladit. Bez chladicích věží se tedy elektrárna neobejde. Zejména je-li letní využití přebytečného tepla na chlazení budov teprve ve stadiu úvah a nejspíše se nestane součástí projektu.
„Zbavit se páry z chladicích věží by pomohla vícestupňová turbína. Kdyby první stupeň využil teplotní rozdíl ze 150 stupňů na 90 a další z 90 na 60 nebo rovnou na 30, velkého chlazení by nebylo třeba,“ domnívá se Myslil. Ani tak si není třeba představovat obří věže velkých tepelných či atomových elektráren. Celý nadzemní provoz se vejde do nevelkých, stavebně jednoduchých přízemních domků.
Spuštění elektrárny může nejvíce oddálit výběr vhodné firmy na podzemní práce a pak samo vrtání. „Jeden vrt bude trvat půl roku, s přípravami tři čtvrtě, a proto se to dříve než za 2,5 roku nestihne. Mezi tím se ovšem může stavět i na povrchu. Takže elektrárna by se mohla uvést do zkušebního provozu za tři roky od začátku prací na projektech,“ domnívá se Myslil. Ale vzápětí dodává: „Kdyby se nám podařilo prosadit novou technologii, mohli bychom každý vrt ukončit po dvou měsících. Ale to je zatím jediné, co o této metodě víme.“
Hrubý odhad nákladů činí 1,1 miliardy korun. Ty by se však při stanovené výkupní ceně 4,50 korun za kilowatthodinu měly poměrně brzy vrátit. Nebýt ovšem značných rizik, na které je třeba projekt pojistit. Desetiprocentní riziko je už v tom, zda se podaří plánovaný vrt dokončit. S dalšími deseti procenty je třeba počítat na to, že vrty neskončí ve stejné hloubce. Nejrizikovější je ovšem předpoklad, že si voda sama najde cestu od vtlačovacího vrtu k čerpacím vrtům (viz Jak vzít teplo žule). Je ohodnocen až 25 procenty rizika.
Kdo bude další?
„Šanci mají například všechna města, která leží na hluboké příkopové propadlině, která ze zemské kůry zasahuje ještě hlouběji do vnějšího zemského pláště. Nově se označuje jako Oherský rift a směřuje od Litoměřic dále na západ. O geotermální elektrárně by tedy mohli začít uvažovat například zastupitelé Lovosic, Chomutova a Litvínova. Velice vhodný je také krkonošsko-jizerský masiv, zejména jeho liberecká část a rovněž horské předpolí například na Frýdlantsku. Nelze zapomínat ani na Podkrkonoší, především kolem Semil a Nové Paky,“ uvádí Pošmourný.
V Česku bylo založeno Centrum pro výzkum energetického využití litosféry. „Sídlo má mít v Liberci, a proto se přímo nabízí, kde bude další geotermální elektrárna. Mezi prvními se o využití geotermální energie hlásí Nové Město pod Smrkem, Opočno, Úvaly, Pardubice a už zmíněná Nová Paka,“ doplňuje Myslil.
S jakou rychlostí se vrtání v Česku rozběhne, bude značně záležet i na tom, jak se geologům podaří v Litoměřicích překonat zmíněná rizika. A také, zda tam přibude nová vrtná souprava. Je to velká investice, na niž by zřizovaný státní institut jen těžko hledal peníze. Najde se po přečtení seznamu měst odvážný podnikatel, který zainventuje do energetické perspektivy?
Box 1 (k obrázku Litoměřic)
Jak vzít teplo žule
Tepelným zdrojem geotermální elektrárny v Litoměřicích bude granitový masiv v pětikilometrové hloubce. Prostředním vrtem se k horké suché hornině vžene studená voda a ohřátá bude sama stoupat zbývajícími dvěma vrty vzhůru. Nejdůmyslnějším nápadem metody je vodorovné propojení vrtů. To se na rozdíl od jejich zalomení shora vyvrtat nedá. Musí si pomoci sama voda. Její chlad vyvolá rozpukání horniny. A pak si sama bude muset najít asi 600 metrů dlouhou cestu k jednomu nebo druhému výstupnímu vrtu. Proto bylo důležité dobře zvolit místo s tektonicky narušenou horninou, aby hledání cesty bylo snazší. Puklinami též snáze ze zemského pláště proniká teplo do zemské kůry. Výhodná jsou proto i území prohřátá mladou vulkanickou činností a s žilnými vyvřelinami. A samozřejmě místa s tenčí zemskou kůrou. Zásadní podmínkou pro instalaci elektrárny je přítomnost granitových hornin v podloží - co nejkyselejších, s vysokým obsahem radioaktivních prvků. Tam, kde žuly v podloží nejsou, scházejí poruchové zóny a je příliš mocná zemská kůra, nemá význam tuto metodu ani zkoušet.
Box 2 (Ke kresbě Zemské teplo jako trvalý zdroj energie)
Magmatický krb
Ve školách se traduje, že s každými 33 metry stoupá teplota zemské kůry směrem k zemskému jádru o jeden stupeň. Praxe a moderní věda však dokázaly, že tomu je v každém prostředí jinak a že učebnicovou hodnotu nelze brát ani jako průměr. Ve stabilních částech Českého masivu je na hranici mezi zemskou kůrou a pláštěm v hloubce 40 kilometrů teplota 500 až 550 stupňů Celsia. Zato v aktivních oslabených zónách je v hloubce 30 kilometrů 600 až 700 stupňů. Přenos geotermální energie k povrchu nastává většinou ve vulkanických oblastech, kde se plastické horniny tlačí nahoru a vytvářejí jakýsi magmatický krb, v němž pomalu chladnou a šíří teplo. Platí to však i o místech už vulkanicky neaktivních, které se nacházejí i v Českém masivu. V geologicky starém prvohorním Českém masivu se místy projevil třetihorní neovulkanismus a mladší tektonika, což platí zejména pro krušnohorské podhůří. Masiv se tu rozpukal a vznikly v něm jizvy. Ty jsou vedle žilných vyvřelin výhodným geologickým prostředím pro získávání geotermální energie.
Souvislosti
Litoměřice jsou v celém Česku nejlepším místem pro stavbu geotermální elektrárny a teplárny.
Elektrárna nebude závislá na dodávkách paliva a nebude produkovat žádný odpad ani skleníkové plyny.
Po skončení provozu po sobě na zemském povrchu nezanechá žádné stopy.
Tři vrty do pětikilometrové hloubky na 40 let uživí elektrárnu do pěti megawattů elektrického výkonu a do 50 megawattů tepla do sítě.
V Čechách mají naději na vybudování geotermální elektrárny zejména Liberec, Nová Paka, Semily, Nové Město pod Smrkem, Opočno, Úvaly, Pardubice, Lovosice, Chomutov a Litvínov.
Parametry
Počet vrtů: tři (jeden přímý, dva zalomené)
Projektová hloubka vrtů: 5000 metrů
Naměřená teplota v hloubce 2111 metrů zkušebního vrtu: 55,5 stupně Celsia
Očekávaná teplota v hloubkovém výměníku: 170-180 stupňů Celsia
Vydatnost dodávky: 120 litrů za vteřinu
Projektová teplota páry na vstupu do elektrárny: 150 stupňů Celsia
Výkon elektrárny: pět megawattů
Tepelný výkon do soustavy centrálního zásobování teplem: 50 megawattů
Studii a zkušební vrt financovalo ministerstvo průmyslu a obchodu
Graf:
Udržitelný trend
Zdroje energie v Litoměřicích dnes a v blízké budoucnosti
0 100 200 300 400 500 (v tis. terrajoulů)
Obnovitelné zdroje současnost
Obnovitelné zdroje budoucnost
Solární články, tepelná čerpadla a biomasa Vodní elektrárna Geotermální elektrárna a výtopna
Uhlí současnost Lokální topeniště Výtopna
Uhlí budoucnost Lokální topeniště Výtopna
Zemní plyn současnost
Zemní plyn budoucnost
Elektřina ze sítě současnost
Elektřina ze sítě budoucnost
