Přírodní lázně s vodopádem a horkou geotermální vodou v italské Saturnii

Pojem „geotermální“ lze odvodit ze dvou řeckých slov: geo – označující zemi a therme – znamenající teplo. Geotermální energie je vlastně tepelná energie Země, vyvěrající na povrch ve formě vulkanické činnosti, horké vody a páry nebo vývěrů horkých plynů. Vznikla dávno v procesu formování naší planety před čtyřmi miliardami let, no je také z části vytvářena uvolňováním tepla při radioaktivním rozpadu některých prvků. Průměrná teplota zemského povrchu je přibližně 15 °C a směrem ke středu Země se teplota postupně zvyšuje, až dosahuje přibližně 5 000 °C. S každým kilometrem hloubky tak jsou horniny o 25 až 30 °C teplejší. Výraznější teplotní gradienty se nachází především v oblastech styku litosférických desek, kde je zemská kůra nejtenčí. V těchto místech bývají obvykle příhodné podmínky pro využití geotermální energie.

První geotermální elektrárna byla uvedena do provozu v roce 1911 v údolí Valle del Diavolo poblíž italského města Larderello

Zpočátku se využívala výhradně pro lázeňské účely, později se její využití rozšířilo i na dálkové vytápění měst a začátkem 20. století se objevují první pokusy s energetickým využitím geotermální energie. První geotermální elektrárna byla postavena v italském městě Larderello. I když její dynamo zpočátku rozsvítilo jen 5 žárovek, stala se jasným důkazem komerční využitelnosti geotermálních zdrojů, jako levných, obnovitelných a ekologicky přijatelných řešení s obrovským potenciálem.

Geotermální elektrárna Wairakei (Taupo, Nový Zéland) pracuje s mokrou párou

Geotermální systémy

Každý geotermální systém je definován zdrojem tepla a jeho ekonomickou dosažitelností, dostatečným přírodním zásobníkem na akumulaci tepla a použitelným tepelným nosičem. Typ geotermálního systému závisí na aktuálních geologických podmínkách a parametrech.

Geotermální elektrárna Krafla (Island) využívá páru z 33 vrtů (max. hloubka přes 2 000 m)

Nejjednodušším geotermálním systémem je zásobník horké vody v podzemí, která se často využívá k vytápění. Pokud je horká voda v podzemí pod vyšším tlakem, dostává se na povrch v podobě parovodní směsi nebo suché páry. Tento druh geotermálního systému je charakteristický pro většinu energeticky využívaných lokalit. V místech, kde je dostatečně vysoká teplota, ale chybí teplonosná kapalina, vzniká systém HDR (hot dry rock). Pro jeho energetické využití je nutné dodávání teplonosné látky z povrchu. Poslední dva geotermální systémy jsou trochu specifické – jedná se o magmatické zóny a geotermální zóny s horkým solným roztokem s metanem.

Elektrárna Nesjavellir je druhou největší geotermální elektrárnou na Islandu

Geotermální elektrárny využívají teplo pocházející z hlubin Země k výrobě elektrické energie. Pracují na principu přeměny vnitřní energie páry na mechanickou a pak elektrickou energii turbogenerátoru, prostřednictvím parního cyklu. Při dostatečně zavodněném geotermálním poli se typ a zařízení elektrárny odvíjí od výstupních parametrů vody nebo páry z vrtu. Při absenci vody v poli musí být teplonosná látka uměle doplňována. Podle parametrů a způsobu získávání páry se geotermální elektrárny dělí na elektrárny se suchou párou, elektrárny s mokrou párou a elektrárny s binárním cyklem.

Geotermální elektrárna v Lagoni del Sasso poblíž známějšího města Larderello

Geotermální elektrárna se suchou párou

Využívá přímo přehřátou páru z geotermických polí na pohon turbíny. Do tohoto typu patří první stavěné geotermální elektrárny. Pára dosahující teplotu kolem 250 °C a tlak až 3,5 MPa je po separaci přímo vedena do turbíny. Po odevzdání své energie a kondenzaci je voda čerpadly vháněna přes sousední vrty zpět do geotermálního reservoáru. Účinnost termodynamického cyklu není vysoká, dosahuje 15 %. Příkladem elektráren se suchou párou jsou geotermální elektrárny v italském Larderello, nebo v oblasti Geysers v Kalifornii.

Elektrárna Wairakei (Nový Zéland) byla první elektrárnou s mokrou párou na světě

Geotermální elektrárna s mokrou párou

Využívá parovodní směs nebo dostatečně horkou vodu při vyšším tlaku. K tomuto typu patří většina dnes provozovaných geotermálních elektráren. Protože horká voda nebo parovodní směs nemůže být přímo vpuštěna do turbíny, musí projít přes separátory, kde se vlivem snížení tlaku odpaří část vody za vzniku mokré páry. Separovaná pára je poté vedena do turbogenerátoru. Zbylá voda bývá spolu se zkondenzovanou vodou z páry čerpána zpět do geotermálního reservoáru. Účinnost elektrárny s mokrou párou se pohybuje kolem 8 až 10 %.