Transcript Geotermální energie a energie moře

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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Russia
Japan
Eastern China
Himalayan Geothermal Belt
The Philippines
Indonesia
New Zealand
Canada
United States
Mexico
Central American Volcanic Belt
Andean Volcanic Belt
The Caribbean
Iceland and other Atlantic
Islands
Northern Europe
Eastern Europe
Italy
Eastern
and
Southern
Mediterranean
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 vzduchvoda 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