Skúsenosti s využívaním geotermálnej energie v sústave CZT v meste Sereď

Príprava geotermálneho projektu v meste Sereď sa začala v roku 2008, keď bol vypracovaný Projekt geologických prác, v ktorom bol lokalizovaný geotermálny vrt a stanovené predpokladané energetické parametre dostupnej geotermálnej vody na území mesta. Následne bol spracovaný Technický projekt vrtu SEG-1 Sereď riešiaci konštrukciu geotermálneho vrtu, Technicko-ekonomická štúdia využitia geotermálnej energie pre vykurovanie mesta Sereď navrhujúca a posudzujúca technické riešenie využívania geotermálnej energie vrátane nasadenia tepelných čerpadiel a kogeneračných jednotiek a nakoniec štúdia posudzovania vplyvov na životné prostredie.

V roku 2009 bola vypracovaná kompletná projektová dokumentácia a bolo vydané stavebné povolenie. Koncom roku 2010 bol zrealizovaný geotermálny vrt SEG-1, začiatkom roku 2011 sa uskutočnila dlhodobá hydrodynamická skúška a následne bola zrealizovaná nadzemná technológia vrátane potrubných prepojení. Na začiatku roku 2012 bola spustená riadna prevádzka geotermálneho systému.

V meste Sereď je vybudovaných šesť sústav centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) vo forme blokových kotolní s teplovodnými rozvodmi zásobujúcimi bytové domy a budovy občianskej vybavenosti. Na využitie geotermálnej energie bola ako najvhodnejšia (polohou aj inštalovaným výkonom) vybratá kotolňa K5.

Energetický potenciál geotermálneho zdroja

Na základe vykonanej dlhodobej hydrodynamickej skúšky a prevádzkových skúseností je energetický potenciál geotermálneho zdroja v meste Sereď stanovený takto:

Teoreticky využiteľný energetický potenciál (tepelný výkon) je vypočítaný pre teplotu ochladenej geotermálnej vody 15 °C (referenčná teplota), čo je hodnota všeobecne používaná v domácej i svetovej literatúre. Ochladenie geotermálnej vody na túto hodnotu je možné jedine pomocou tepelných čerpadiel a v reálnej prevádzke sa dá dosahovať iba krátkodobo v obdobiach maximálnej potreby tepla.

Technické riešenie

Geotermálna energia z vrtu SEG-1 sa využíva na výrobu tepla  v existujúcej plynovej kotolni K5. Geotermálna voda je z vrtu čerpaná elektrickým ponorným čerpadlom s možnosťou plynulého riadenia otáčok frekvenčným meničom. V blízkosti vrtu sa nachádza akumulačná a separačná nádrž, v ktorej je geotermálna voda zbavená väčšej časti rozpustených a voľných plynov. Následne sa geotermálna voda dopravuje predizolovaným potrubím uloženým v zemi do výmenníkovej stanice umiestnenej v objekte kotolne K5. Po tepelnom využití vo výmenníkoch tepla sa odvádza neizolovaným plastovým potrubím uloženým v zemi do recipientu, do rieky Váh. Dĺžka prívodného potrubia je približne 406 m a odvodného 360 m.

Kotolňa K5 je bloková kotolňa dodávajúca teplo vo forme teplej vody s projektovaným teplotným spádom 90/70 °C, pričom v reálnej prevádzke sa neprekračuje hodnota 65/45 °C. Aby sa geotermálna energia využívala efektívne, bol optimalizovaný riadiaci systém s cieľom dosahovať minimálnu možnú teplotu vratnej vykurovacej vody. Rozvod tepla je dvojrúrový, primárny okruh je napojený na tlakovo závislé domové odovzdávacie stanice inštalované priamo v zásobovaných objektoch (17 bytových domov, ZŠ, gymnázium, dom kultúry a predajňa). V kotolni sú inštalované štyri plynové kotly s tlakovými horákmi s výkonmi 2 x 2,65 MW + 2 x 1,7 MW. Celkový inštalovaný tepelný výkon plynových kotlov je 8,7 MW. 

V kotolni sú nainštalované aj dve staré kogeneračné jednotky s tepelným výkonom 2 x 45 kW a elektrickým výkonom 2 x 22 kW. Geotermálna voda sa v kotolni K5 využíva v dvoch stupňoch:

• V I. stupni sa využíva geotermálna energia priamym spôsobom – geotermálna voda odovzdáva svoje teplo vratnej vykurovacej vode v doskovom výmenníku tepla s tepelným výkonom 603 kW.
• V II. stupni sa využíva geotermálna energia nepriamym spôsobom v tepelnom čerpadle s celkovým tepelným výkonom 547 kW, ktorý sa odovzdáva vratnej vykurovacej vode. Geotermálna voda nevstupuje priamo do výparníka tepelného čerpadla, ale je vytvorený samostatný okruh oddelený doskovým výmenníkom tepla.

Použité sú rozoberateľné doskové výmenníky tepla, pričom materiál dosiek je titán. Ďalej je v kotolni K5 nainštalovaná plynová kogeneračná jednotka s tepelným výkonom 249 kW a elektrickým výkonom 178 kW. Hlavnou úlohou kogeneračnej jednotky je pokrytie spotreby elektriny tepelného čerpadla a ďalších zariadení v kotolni K5. Tepelný výkon kogeneračnej jednotky je umiestnený do sústavy.
Geotermálna energia v kombinácii s tepelným čerpadlom a kogeneračnou jednotkou predstavuje základný zdroj tepla pracujúci v maximálnej možnej miere počas celého roka. Pôvodné plynové kotly predstavujú špičkový zdroj tepla alebo v prípade potreby záložný zdroj tepla, schopný pokryť plnú potrebu tepla.

Energetická bilancia

Energetická bilancia kotolne K5 s využívaním geotermálnej energie je spracovaná pre rok 2012, v čase spracovania tohto článku autorovi ešte neboli dostupné prevádzkové údaje za rok 2013. Celková výroba tepla v kotolni K5 počas posledných rokov je zobrazená na obr. 1.

Z grafu na obr. 1 je zrejmé, že výroba tepla v kotolni K5 (prepočítaná na priemerný počet dennostupňov) má pomerne výrazne klesajúcu tendenciu. To je dané jednak realizáciou optimalizačných opatrení na strane spotreby tepla vo forme zatepľovania a podobne, ale aj snahou obyvateľov o úsporu tepla. Takýto prístup je na jednej strane chválitebný, avšak na strane druhej spôsobuje komplikácie výrobcom tepla, ktoré sa nutne prejavujú v rastúcich cenách tepla.

Priebeh výroby tepla v roku 2012 so zobrazením podielov jednotlivých zdrojov je uvedený na obr. 2. V roku 2012 bolo v kotolni K5 z celkového množstva vyrobeného tepla 6 506 MWh až 43 % pokrytých priamo geotermálnou energiou v prvom stupni, 29 % dodalo tepelné čerpadlo a približne 1 % kogeneračné jednotky (prevádzka novej kogeneračnej jednotky nebola v roku 2012 plynulá pre viaceré technické problémy, ktoré sú už odstránené). To znamená, že viac ako 72 % výroby tepla bolo zabezpečených geotermálnou energiou v spolupráci s tepelným čerpadlom. Spotreba zemného plynu v kotolni K5 v posledných rokoch je spracovaná na obr. 3. Z uvedeného grafu vidieť, že úspora zemného plynu v roku 2012 vplyvom využívania geotermálnej energie je značná, v porovnaní s priemerom za posledné roky dosahuje hodnotu približne 68 % (úspora približne 650-tis. m3 zemného plynu ročne).

Závery

Na základe uvedených údajov a skúseností z prevádzky geotermálneho systému v kotolni K5 v meste Sereď možno vyvodiť nasledujúce závery:

• Využívaním geotermálnej energie s tepelným čerpadlom dochádza k značnej úspore zemného plynu a tým aj k zníženiu emisného zaťaženia ovzdušia.
• Geotermálna energia je využívaná ako základný zdroj tepla s maximálnym možným využitím počas roka.
• Úspora zemného plynu výrazným spôsobom znižuje variabilnú zložku ceny tepla, na strane druhej investícia do geotermálneho systému zvýšila fixnú zložku ceny tepla. Po splatení úveru po cca 10-ročnej prevádzke však dôjde k výraznému zníženiu fixnej zložky ceny a tým aj výslednej ceny tepla pre odberateľov.
• Bola spracovaná štúdia na prepojenie kotolne K5 so susednou kotolňou K4, pričom by bolo možné nainštalovať ďalšie tepelné čerpadlo a zvýšiť využitie geotermálnej energie. Vzhľadom na klesajúci odber tepla je to vhodné riešenie.
• Počas prevádzky geotermálneho systému sa vyskytli drobné poruchy a komplikácie na technologickom zariadení, ktoré však boli priebežne vyriešené bez nutnosti dlhšieho odstavenia systému. Po vyriešení drobných komplikácií je prevádzka geotermálneho systému spoľahlivá a prináša významné úspory zemného plynu.
• Navrhnuté technické riešenie sa v praxi ukazuje ako vhodné a umožňujúce ďalší rozvoj a rozširovanie.

Použitá literatúra

[1] Petráš, Dušan – Lulkovičová, Otília – Takács, Ján – Füri, Belo: Nízkoteplotné vykurovanie a obnoviteľné zdroje energie. Bratislava: Jaga 2001.

[2] Petráš, Dušan – Lulkovičová, Otília – Takács, Ján – Bašta, Jiří – Kabele, Karel: Vykurovanie rodinných a bytových domov. Bratislava: Jaga 2005.

[3] Interné materiály a štúdie spoločnosti Slovgeoterm, a. s.

Ing. Oto Halás
SLOVGEOTERM a.s.