Využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE) znamená zníženie závislosti od dodávok fosílnych palív hlavne zemného plynu z Ruska. Zároveň môžem konštatovať, že využívanie OZE skrýva energetické, ekonomické a ekologické výhody. Podpora využívania OZE je zakotvená aj v smernici EU č. 31/2010, kde sa predpokladá zvýšenie podielu OZE o 20 % a zníženie tvorby skleníkových plynov o 20 %. Slovenská republika však v tomto smere zaostáva a má značné rezervy v aplikácii OZE. Na našom území nadpriemerné množstvo obnoviteľných zdrojov energie v podobe geotermálnej energie (GE) – jej zaradenie do energetických sústav zásobovania teplom je neporovnateľne nižšie až na niektoré svetlé výnimky.

Zdroj geotermálnej vody

Horná Potôň sa nachádza v juhozápadnej časti Slovenska, v Trnav-skom samosprávnom kraji na území Podunajskej nížiny, medzi Bratislavou (35 km) a Dunajskou Stredou (11 km), medzi Dunajom a Malým Dunajom.

V roku 1985 bol realizovaný geotermálny vrt s označením VHP-12-R a v roku 1987 bol geotermálny vrt s označením FGHP-1. Hlavné energetické parametre geotermálnych vrtov sú zobrazené v tab. 1.

Lokalita Spôsob ťažby Označenie vrtu Výdatnosť Teplota GTV na hlave vrtu Teplota chladenia GTV Využiteľný energetický potenciál
(l/s) (°C) (°C) kW
Horná Potôň voľný preliv VHP-12-R 20,0 68,0 25,0

3600,8

Horná Potôň voľný preliv FGHP-1 22,3 68,0 25,0 4014,9
Spolu 42,3 68,0 25,0 7615,7

Tab. 1 Hlavné energetické parametre geotermálny vrtov v lokalite Horná Potôň

Vyplýva z nej, že ak by sme pri voľnom prelive z oboch vrtov dostaneme výdatnosť mcelk = 42,3 l/s. Ak by sme vychladili GTV z teploty na hlave vrtu t1 = 68 °C na referenčnú teplotu t2 = 25 °C, tak by sme mohli využiť Ecelk. = 7 615,7 kW geotermálnej resp. tepelnej energie. V reálnych podmienka sa táto teplota nepodarí dosiahnuť z technických príčin, lebo je v systéme využívaný len jeden doskový výmenník tepla. V prechodnom období a v zimných mesiacoch sa aplikuje vyťažená GTV na pokrytie potreby tepla na vykurovanie skleníkového hospodárstva.

Jednoznačne môžem konštatovať, že sa jedná o pomerne výdatné zdroje energie. Ak by sme chceli dosiahnuť referenčnú teplotu t2 = 25 °C, potrebovali by sme druhý, prípadne tretí doskový výmenník tepla, ktoré by boli zaradené za sebou. Pohľad na geotermálny vrt VHP-12-R je na obr. 1.


Geotermálna voda z vrtu je dopravená vlastným tlakom do prístrešku, kde je odplynená a dopravným čerpadlom s prietokom M = 83 m3/h = 23,0 l/s pri dopravnej výške H = 60 m dopravená do strojovne, kde je napojená na primárnu stanu doskového výmenníka tepla. Tu je GTV ochladená z teploty 68 °C na teplotu cca 40 až 45 °C. Na sekundárnu stranu sú napojené jednotlivé vykurovacie sústavy. Technologická schéma geotermálneho vrtu VHP-12-R v Hornej Potôni je na obr. 2.

Do zdroja tepla je zabezpečený prívod GTV aj z vrtu FGHP-1, ktorého schéma je podobná ako na obr. 2. Geotermálna voda je vedená do doskového výmenníka, ktorý je zobrazený na obr. 4. Pre zabezpečenie dodávky tepla v zimnom období resp. v prípade poruchy na vrtoch je k dispozícii špičkový zdroj tepla v podobe dvoch teplovodných kotlov spaľujúcimi zemný plyn typu Buderus Logano S825 s tepelným výkonom 1 700 kW. Celkový tepelný výkon špičkovej kotolne je 3 400 kW.

Objekty skleníkov

Pestovanie paradajok patrí do oblasti poľnohospodárskej výroby. V lokalite Horná Potôň boli zvolené špeciálne riešenia skleníkov. Pestovateľská plocha predstavuje plochu A = 6 ha. V rámci pestovateľov paradajok je to najväčšie skleníkové hospodárstvo na Slovensku. Skleník je rozdelený betónovou plochou – cestou, ktorá slúži na vychystávanie pozbieraných paradajok do prepraviek a na pohyb zamestnancov. Pohľad na skleníkové hospodárstvo je na obr. 3, v ľavom rohu je nádrž na CO2 a akumulačná nádrž s objemom 2 600 m3.

V hornej časti skleníkov sú otváravé časti a tým je umožnené dostatočné a dôsledné vetranie, čo je pre pestované paradajky veľmi dôležité. Ochrana pred hmyzom a škodcami je zabezpečená tým, že na vetracích plochách sú umiestnené sieťoviny. Vnútorná klíma v skleníkoch je počítačovo riadená. Počítač paralelne riadi vetranie, zavlažovanie a dávkovanie živín, a to tak, že nastavuje automaticky elektrokonduktivitu v roztoku v závislosti od intenzity slnečného žiarenia a teploty vzduchu. Takisto koriguje vetranie, keď je teplejšie, vetrá viac. Systém kontroluje tiež vlhkosť vzduchu, čo je dôležité z hľadiska ochrany rastliny pred hubovitými chorobami.

Hlavnou úlohou skleníkového hospodárstva je vytvorenie a udržiavanie optimálnych podmienok pre chránené pestovanie rastlín nezávisle na vonkajších klimatických podmienkach. Optimálne podmienky sú charakterizované súborom fyzikálnych veličín a parametrov, ktoré závisia na druhu pestovanej rastliny a jej požiadaviek na pestovanie. Medzi základné faktory ovplyvňujúce pestovanie rastlín patrí svetlo, koncentrácia CO2, prúdenie vzduchu, kolobeh vody a v neposlednej rade teplota vnútorného vzduchu a teplota pôdy alebo hydropónneho podkladu. V skleníku sú umiestnené fólie, ktoré rozptyľujú svetlo, teda aj pri zamračenej oblohe zabezpečujú dostatočné svetelné podmienky pre rast paradajok. Naproti tomu pri jasnej oblohe tlmí svetelné lúče a tým vytvára optimálne podmienky pre rast paradajok.

Technické riešenie

Základným zdrojom tepla pre skleníkové hospodárstvo sú dva geotermálne vrty FGHP-1 a VHP-12-1. Geotermálna voda sa exploatuje voľným prelivom. Následne je GTV dopravovaná do strojovne, kde odovzdáva teplo cez doskový výmenník tepla s tepelným výkonom 7 000 kW teplonosnej látke pre vykurovacie sústavy. Primárna strana je GTV s teplotným spádom 68/40 °C a sekundárna strana je s teplotným spádom 64/40 °C. Doskový výmenník tepla je zobrazený na obr. 4.

Vychladenie teplonosnej pracovnej látky – vykurovacej vody je možné tak, že sú za sebou zapojené viaceré vykurovacie sústavy do nasledovných okruhov:

  1. Okruh je s najvyšším teplotným spádom dimenzovaný na vý-počtový teplotný spád 64/50 °C, sú to vykurovacie sústavy po obvode skleníkového hospodárstva s vykurovacími telesami hladkými oceľovými rúrami.
  2. Okruh je s nižším teplotným spádom dimenzovaný na výpočtový teplotný spád 60/45 °C, tvoria ho hladké rúry, použité medzi pestované paradajky tzv. vegetačné vykurovanie.
  3. Okruh je s najnižším teplotným spádom dimenzovaný na výpoč-tový teplotný spád 45/35 °C, tvoria ho oceľové rúry zároveň slú-žiace ako dopravník pre vozíky.
  4. Okruh je predohrev závlahovej vody, s výpočtovým teplotným spádom 35/20 °C, ktorý sa použije na napájanie hydropónneho podkladu, v ktorom sú zasadené sadenice paradajok.

Obeh teplonosnej látky v jednotlivých vykurovacích sústavách zabezpečujú obehové čerpadlá do potrubia. Úprava teploty teplonosnej látky sa uskutočňuje pomocou trojcestných ventilov v závislosti od vonkajšej teploty vzduchu. Rozdeľovač a zberač vykurovania je na obr. 5.

Samotné vykurovacie sústavy sú na obr. 6 (1. okruh – po obvode skleníkov), obr. 7 (2. okruh – hladké rúry zároveň slúžiace ako dopravník pre vozíky) a obr. 8 (3. okruh – oceľové rúry použité medzi pestované paradajky tzv. vegetačné vykurovanie). Potrebná množstvo CO2 sa zabezpečí zo špeciálnej na tento účel naprojektovanej technologickej zostavy, ktorá je na obr. 9. V pozadí je akumulačný zásobník GTV s celkovým objemom 2 600 m3, kde sa akumuluje GTV v čase, keď je jej využívanie neaktuálne. Sledovaný otvorený geotermálny energetický systém je doplnený o špeciálny špičkový zdroj tepla, ktorý pozostáva z dvoch teplovodných kotlov spaľujúci zemný plyn typu Buderus Logano S825 s tepelným výkonom 1 700 kW. Špičkový zdroj tepla je vidieť na obr. 10. Zavlažovanie paradajok sa uskutočňuje v špeciálne upravených žľaboch, kde sa so závlahovou vodou dodávajú potrebné živiny potrebné pre rast paradajok. Príprava závlahovej vody sa uskutoční v poslednom stupni využívania GTV zobrazené na obr. 11.

Záver

Projektovanie a realizácia popisovaného otvoreného geotermálneho systému sa uskutočnili s použitím holandských odborníkov resp. holandskej technológie. Pri projektovaní a realizácii úzko spolupracovali odborníci z Holandska a samozrejme Slovenska. Kombinácia teplovodných a nízkoteplotných vykurovacích sústav (zapojených postupne za sebou) a obnoviteľnej energie (geotermálnej energie) je jednou z alternatív zvýšenia podielu využívania obnoviteľných zdrojov na celkovej spotrebe tepla v rámci Slovenska.

Celá prevádzka je riadená počítačom a všetky prevádzkové údaje sú zaznamená v databáze počítača. Príklad Hornej Potône potvrdzuje, že aj na Slovensku sa dá podnikať v poľnohospodárstve, ale musí sa to diať cielene a kvalitne. Pestované paradajky sú dodávané do obchodných reťazcov na Slovensku, ale aj po celej Európe a dosahujú veľmi vysokú kvalitu.

Uvedený príklad využívania GE v Hornej Potôni pre poľnohospodárske účely môže byť vzorom ako plniť záväzky, ktoré určuje Smernica Európskeho parlamentu a rady Európy 2010/31/EÚ z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov. Zaväzuje členské štáty zvýšiť energetickú efektívnosť a znížiť spotrebu energie do r. 2020 o 20 %, zvýšiť podiel energie z obnoviteľných zdrojov do r. 2020 o 20 % a znížiť emisie skleníkových plynov do r. 2020 o 20%.

Literatúra

[1] PETRÁŠ, D. a kol.: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. Bratislava, Jaga, 2009, 224 s. ISBN 978-80-8076-075-5
[2] LULKOVIČOVÁ, O – TAKÁCS, J.: Netradičné zdroje energie – Prednášky. Vydavateľstvo STU, Bratislava 2003, 138 s. ISBN: 80-227-1838-6
[3] TAKÁCS, J.: Využívanie geotermálnej energie na vykurovanie
fóliovníkov v Zemnom. 13. Konferencia Nízkoteplotné vykurovanie na tému: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. SSTP, 22. – 23. 5. 2013, Wellness Hotel Šport Donovaly, str. 81 – 84
[4] POPOVSKI, K. Geothermally Heated Greeenhouses in the World, Guideline and Proc. International Workshop on Heating Greenhouses with Geothermal Energy, Ponta Delgda, Azores, 1998. 42 - 48s.
[5] Osobná prehliadka fóliového hospodárstva v Hornej Potôni. máj 2015


doc. Ing. Ján Takács, PhD.
Slovenská technická univerzita v Bratislave
Stavebná fakulta, Katedra TZB