Geotermální energie: stojíme v České republice o teplo z hlubin?

Dokončení z minulého čísla V TT č. 15/2012 jsme otiskli výňatky z analýzy MŽP ČR věnované dostupnosti a exploataci geotermální energie v České republice. Podzemní zdroje jsou stále zajímavější i pro tepelná čerpadla s vrty či s půdním kolektorem. Geotermální energii lze využívat i pomocí relativně mělkých vrtů, s hloubkou 60–150 m. Takové vrty jsou pochopitelně mnohem méně nákladné než vrty do hloubky několika km. Využívají se k vytápění rodinných domků i větších objektů. V hloubce okolo 100 m je celoročně teplota 8–12 °C. Slouží jako zdroj nízkopotenciálního tepla pro tepelná čerpadla. Pokud je kvůli větší potřebě tepla nutno více vrtů, měly by mít od sebe odstup minimálně 10 m (resp. 10 % délky vrtu), aby se vzájemně neovlivňovaly. Na 1 kW výkonu tepelného čerpadla je potřeba 12–18 m hloubky vrtu, podle místních geologických podmínek. Tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW vyžaduje tedy přibližně 140 m hluboký vrt. Obecně je lépe zvolit jeden hlubší než dva kratší vrty. Skutečná délka vrtu závisí na konkrétních geologických podmínkách v místě a jeho návrh by měl zpracovat odborník. Vrt se považuje za vodní dílo podle zákona o vodách. K jeho provedení a také k nakládání s vodami (i pro vrty, z nichž se voda nečerpá) je třeba mít zvláštní povolení. Aby nedošlo k ohrožení podzemních vod, je někdy nezbytný hydrogeologický průzkum. Vrty s hloubkou větší než 30 m může uskutečňovat pouze fi rma s patřičným oprávněním Českého báňského úřadu. Provádění vrtů v I. a v II. ochranném pásmu lázní a minerálních vod je navíc upravené zvláštními předpisy. AKCENT NA EKOLOGII Vlastní vrt má obvykle průměr 130–220 mm. Ihned po odvrtání se do něj zasune svazek polyetylenových hadic kolektoru. V hadici kolektoru proudí nemrznoucí směs, nejčastěji vodní roztok monopropylenglykolu, event. monoetylenglykolu. Vrt se pak musí utěsnit cementovou nebo jílocementovou směsí. Nepřípustné je zasypání pískem, příp. vytěženým materiálem. Důvodem je riziko, že vrt narazí na zásobárnu podzemní vody, do níž by se neutěsněným vrtem mohla dostat znečištěná voda povrchová, příp. že vrt spojí oblasti v různých hloubkách a naruší tak hydrogeologické poměry. Často se lze setkat také s tepelnými čerpadly, které jako zdroj tepla využívají výměník uložený v půdě v hloubce 1,2–1,5 m. I když z hlediska provozovatele tepelného čerpadla jde o systém velmi podobný zemním vrtům, využití geotermální energie je v tomto případě zanedbatelné. Spíše lze hovořit o velkém kolektoru, shromažďujícím solární energii, která dopadá na pozemek a zahřívá půdu (buď přímo, nebo prostřednictvím ohřevu vzduchu nad terénem). V některých případech lze z vrtu čerpat vodu, která se ochlazuje ve výměníku tepelného čerpadla. Ochlazená voda se musí vracet do podloží vsakovacím vrtem. Podloží však musí být schopno vodu trvale přijímat. Vypouštění ochlazené podzemní vody do potoka, příp. do kanalizace, se nepovoluje. Využívá-li se voda, nesmí být příliš mineralizovaná, aby nezanášela výměník tepelného čerpadla. Je tedy nutný chemický rozbor. Vydatnost vrtu je nutné ověřit dlouhodobou čerpací zkouškou. V praxi se jen zřídka vyskytne dostatečně vydatný zdroj podzemní vody poblíž vytápěného objektu. Pokud je třeba vrtů pro čerpání podzemní vody, je nezbytný odborný hydrogeologický průzkum. Na jeho základě lze získat od vodoprávního úřadu (součást krajských úřadů) povolení k vrtu a povolení k čerpání i vypouštění podzemních vod. Může se pochopitelně stát, že úřad vrt nepovolí, kupř. kvůli riziku ohrožení zdrojů pitné vody. TOPNÝ FAKTOR TEPELNÉHO ČERPADLA Protože geotermální energie na území ČR poskytuje jen nízkopotenciální teplo, je často třeba použít tepelné čerpadlo. To dokáže přečerpat teplo z nižší teplotní hladiny (kupř. 10 °C z vrtu) na vyšší teplotu (cca 45 °C). Tu už lze použít třeba k vytápění budov. Podle fyzikálních zákonů k tomu potřebuje další energii, nejčastěji elektřinu. Elektřina pohání motor kompresoru tepelného čerpadla a je nutná i pro pohon oběhových čerpadel a dalších zařízení. Princip tepelného čerpadla je stejný jako u chladničky, která odebírá teplo potravinám a předává je zadní stranou chladničky do místnosti. Také tepelné čerpadlo využívá nízkopotenciální teplo k odpaření chladicí kapaliny. Tato pára se poté kompresorem stlačí a díky dodané práci dochází k uvolnění tepla o vyšší teplotě. To se předává topnému médiu. Z hlediska vlivu na životní prostředí i ekonomiky provozu je klíčové zjistit, kolik elektřiny tepelné čerpadlo ke svému chodu potřebuje a kolik tepla dodá. To se vyjadřuje topným faktorem. Čím je vyšší, tím účinněji tepelné čerpadlo pracuje, a tím menší má dopad na životní prostředí. TOPNÝ FAKTOR ? = Q/E Q = teplo dodané do vytápění [kWh] E = energie pro pohon TČ [kWh] Topný faktor tepelných čerpadel využívající geotermální energii z vrtů je obvykle vyšší než 4. V příznivých případech dosahuje až hodnoty 6. Naproti tomu tepelná čerpadla ochlazující venkovní vzduch mají topný faktor obvykle nižší než 4, někdy dokonce jen 2. Na výši topného faktoru má vliv nejen vstupní teplota (kupř. z vrtu), ale i výstupní (topná voda do topení). Zatímco vstupní teplota závisí na přírodních podmínkách, výstupní teplotu může uživatel ovlivnit. Ekonomicky výhodné je provozovat vytápěcí systém s co nejnižší teplotou. Typicky může jít o podlahové topení, kde stačí teplota do systému okolo 35 °C. U vytápění s radiátory je nutná teplota 50 °C i vyšší, což topný faktor tepelného čerpadla zhorší a až dvojnásobně zvýší provozní náklady. Při srovnání emisí CO2 je zřejmé, že tepelné čerpadlo s celoročním topným faktorem 3 je na úrovni kotle na hnědé uhlí. Při použití spotřebiče s topným faktorem okolo 5, klesnou emise z produkce elektřiny na úroveň srovnatelnou s plynovým kotlem. Použití kotle na uhlí ovšem znamená na lokální úrovni výrazně horší emise ostatních znečišťujících látek (oxidů síry, dusíku a další), zejména když je kotel špatně seřízený. Nemluvě o emisích při nezákonném spalování odpadků v takovém kotli. Z tohoto hlediska je použití tepelných čerpadel vždy přínosné. /am/