Metoda hot dry rock v Litoměřicích

V Austrálii, Německu, Švýcarsku nebo Itálii už mají realizovanou řadu využití geotermální energie ve velkém objemu. Nicméně Česká republika na podobný projekt teprve čeká. V Litoměřicích se sešly dvě podstatné podmínky pro velkokapacitní využití geotermální energie - struktura geologického podloží a ochota města u nás zatím nevyzkoušený projekt spustit.

Schéma projektu využití metody HDR v Litoměřicích

Metoda hot dry rock

Jak napovídá anglický název, jde o metodu získavající teplo ze suchých hornin. Primárním zdrojem tepla je zemská kůra, kde je v závislosti na hloubce dostatečně vysoká teplota. Dostatečně vysokou teplotou se rozumí 150 stupňů Celsia. Jednoduchá poučka - každý kilometr do hloubky by měl znamenat nárůst teploty hornin o třicet stupňů Celsia (to ovšem nemusí vždy platit, v Austrálii se například v 5000 metrech navrtaly teploty kolem 280 stupňů). Požadovaných 150 stupňů by tedy mělo být někde v hloubce 5000 metrů. Pro získání tepla z takovéto hloubky je třeba horniny uměle rozrušit, zvětšit jejich puklinovou propustnost a zavést do ní vodu jako médium pro přenos tepla.
?Každý podobný geotermální projekt musí být doslova ušitý na míru nejen geologickému podloží místa, ale i kontextu potřebných zdrojů na jeho povrchu,? vysvětluje geolog Vlastimil Myslil z firmy Geomedia, která je odborným garantem litoměřického projektu. Myslil absolvoval spoustu seminářů a navštívil všechny podobné dostupné projekty v Evropě. ?Pod Litoměřicemi je povrch země rozdělen na rozdílné vrstvy. První je tzv. křída, která má mocnost zhruba 250 metrů. Pod ní jsou uloženy v úklonu permokarbonské horniny. Pod nimi je podloží z granitických hornin, jejichž povrch je zrnitý. Pro využití vysoké teploty těchto hornin potřebujeme, aby byly rozpukané. Musíme se tlačit do míst, kde je křižovatka hlavních tektonických linií.?
V místech puklin je nejvhodnější zóna, protože ta může fungovat jako podzemní výměník pro ohřev vody. V tomto ohledu mají Litoměřice výhodu - tzv. Litoměřický zlom.
?Je to poskládaný zlom. Má praskliny ve čtyřech liniích, které tvoří hvězdicový tvar. A právě doprostřed téhle křižovatky jsme situovali průzkumný vrt,? pokračuje Myslil.
Průzkumný vrt právě probíhá. Má skončit v hloubce 2500 metrů, což je poloviční část předpokládané celkové hloubky vrtu. Po dokončení zkušebního vrtu se provedou fyzikální analýzy, laboratorní zkoušky a seizmická měření, která potvrdí nebo nepotvrdí hodnoty měřené z povrchu.
?Musíme zjistit, jaké jsou v té hloubce tlakové a hmotnostní poměry a jaká je struktura horniny, což nám ukáže, co si můžeme dovolit v daném místě,? říká Myslil. ?Po dokončení vrtu provedeme také tzv. karotáž. Ta nám ukáže, jak jsou horniny propustné, jestli tam jsou vody či plyny. Po celkovém zhodnocení situace v hloubce 2500 metrů pak můžeme extrapolovat do hloubky.?
Každý podobný průzkumný projekt je ovšem složitý v tom, že je hypoteticky podložen, a je otázkou, na jak silných nohách tato hypotéza stojí. Situaci lehce komplikuje fakt, že Česko nemá žádná velká ložiska plynu, ropy či jiných surovin, takže proto na jeho území, narozdíl od Moravy, dlouho nebyl proveden tak hluboký vrt.
?Na druhou stranu mají Litoměřice jednu výhodu. Pro cirkulaci tepla v puklinovém podzemním výměníku potřebujeme médium - vodu, kterou teplo v hloubce ohřívá. V Litoměřicích teče Labe. Navíc je potřeba většího množství vody jen na začátku, protože potom už voda prakticky cirkuluje,? popisuje Myslil.

Co s horkou vodou na povrchu?

Vše samozřejmě záleží na tom, aby dobře fungoval primární zdroj - výměník v hloubce 5000 metrů. To vyžaduje správnou teplotu horniny a dostatek místa na výměník. Voda čerpaná jedním vrtem do výměníku by měla ohřátá vystupovat dvěma dalšími vrty zpět na povrch do geotermální teplárny a elektrárny zároveň.
?Máme to spočítané tak, že tři pětikilometrové vrty umožní cirkulaci vody v množství 150 litrů za vteřinu. Těch 150 litrů při možné teplotě až 200 stupňů Celsia dává zhruba 55 MW. Z toho lze získat deset procent na elektrickou energii a zbytek na tepelnou energii. I při těch deseti procentech můžeme elektřinou částečně zásobovat město, jako jsou Litoměřice. Přitom teplo je potřeba jen v zimě a v létě ne. Poměr produkce tepla a elektřiny se tak bude měnit v závislosti na vnějších klimatických podmínkách. Elektrická energie, která se v teplých obdobích navíc prodá, přispěje k amortizaci nákladů na tento projekt,? vypočítává Myslil.
Geotermální teplárna a elektrárna funguje také na bázi výměníkové stanice. Tepelná energie se pomocí technologie Kalina přemění na elektrickou (Kalinův cyklus se skládá z jednotlakého kotle na odpadní teplo, kde probíhá vypařování a přehřívání směsi, mezichladiče, který hradí deficit ve spotřebě tepla a je umístěn mezi středotlakým a nízkotlakým dílem turbíny, a destilačního a kondenzačního subsystému, v němž pracovní látka vstupuje ve stavu suchých nasycených par a kondenzuje v širokém rozsahu teplot).
Z výměníkové stanice pak proudí elektřina do sítě a ohřátá voda do podzemních rozvodů tepla. Teplá voda je samozřejmě v horním výměníku ochlazována a jde zpátky do podzemního výměníku.
Vše to zní velice jednoduše, ale úspěšný výsledek záleží na několika podstatných okolnostech. Musí se potvrdit teoretické predikce. Systém nemůže mít velké tepelné ztráty a v neposlední řadě je potřeba více než miliardová investice. Mnoho lidí rovněž zaznamenalo informaci o problémech při realizaci podobného projektu ve švýcarské Basileji, kde tlakové zkoušky vyvolaly menší otřesy půdy.
?To by se nám v Litoměřicích stát nemělo. V Basileji první zkoušky ukázaly na velký význam strukturní stavby horninového masivu. Podle mého názoru ale neměli podloží přesně zmapované, hlavně průběh tektonického porušení, a rychlým napumpováním studené vody vyvolali větší tlaky, než bylo bezpečné.?

Proč právě Litoměřice?

Geolog Myslil míní, že podobně využitelných míst je v Česku daleko více.
?Vyhodnocovali jsme asi 1300 vrtů a z toho jsme odvodili oblasti s dobrými předpoklady pro velký geotermální projekt. A musím říct, že těch oblastí je dost. Český masiv je starý blok, který zůstal velice tvrdý, a nenatlačily se na něj žádné vrásy. Na tento nepravidelný kosodélník působily velké tlaky a hornina na některých místech popraskala. Tam, kde byly hluboké praskliny, vyhřezly teplejší horniny - Doupovské vrchy, České středohoří, podkrušnohorská oblast…,? vypočítává Myslil.
Proč se Litoměřičtí jako první na našem území pokusili použít pro velký geotermální projekt metodu hot dry rock, vysvětluje Pavel Gryndler, vedoucí odboru životního prostředí Městského úřadu Litoměřice.

Zkušební vrt má v současnosti hloubku téměř jeden kilometr

Jak vůbec ten nápad vznikl?
Hlavní motivací bylo špatné ovzduší ústeckého kraje, které se kvůli vytápění domácností uhlím a někdy i jinými nekvalitními materiály včetně odpadů začalo zhoršovat. Tento jev nastal zvláště po výrazném zdražování plynu. Položili jsme si otázku, jaké řešení nabídnout lidem, aby bylo ekonomicky únosné a ekologicky přijatelné. Nejdřív jsme zkusili využít sluneční energii s tím, že jsme zavedli dotace občanům na pořízení solárního ohřevu teplé užitkové vody. To zabralo. Nepříznivý trend masivního návratu k uhlí se podařilo zmenšit na snesitelnou úroveň. Ale zdražování energií pokračovalo dál a my jsme stáli před rozhodnutím - buď začít masivně dotovat zateplování rodinných domků, což by bylo finančně velmi náročné, nebo začít dotovat budování tepelných čerpadel. Tato možnost zase ztroskotala na tom, že ne všude lze realizovat tepelné čerpadlo, a rovněž na velikosti investičních nákladů. Nicméně tyto trendy stále podporujeme.

Tato řešení ovšem nejsou principiální.
To nejsou a my jsme chtěli problém získávání tepelné energie řešit komplexně. Dostala se k nám informace o metodě hot dry rock, která je ve světě na několika místech odzkoušena. Tato metoda produkuje velké množství tepla, ale taky ji lze využít pro výrobu elektrické energie. V té chvíli začala vznikat myšlenka velkého projektu - postavit vytápění i dodávky elektřiny na využití geotermální energie v rámci celého města. Spojili jsme se s firmou Geomedia, která zpracovala mapu geotermálních struktur. Na ní je mimo jiné patrný geotermální potenciál litoměřického hlubinného zlomu. Tehdy se to rozhodlo. Také nám pomohla možnost využití objektu bývalých kasáren pro vrtání a následnou předpokládanou výstavbu geotermální teplárny.

Jenže projekt má stát přes miliardu korun.
Přesně miliardu a sto jedenáct milionů. Proto taky musí být zaručena jeho finanční návratnost. Spojili jsme se s organizací The Global Environment Facility v rámci Světové banky, u nás zastoupené bývalým mini-strem životního prostředí Janem Kalašem. Zprostředkoval nám informační cestu po některých zemích, kde už byly podobné projekty realizovány, a tato exkurze definitivně přesvědčila našeho pana starostu Ladislava Chlupáče. Poté jsme nechali zpracovat územní energetickou koncepci, která prokázala, že očekávaný zdroj geotermální energie by mohl naplnit nejenom svou ekologickou podstatu, ale také by mohl být ekonomickým přínosem. Geotermální energie nebude sloužit jen k vytápění, ale i k produkci elektrické energie, kterou budeme prodávat do veřejné sítě za 4,50 Kč za kW.

V jakém stádiu je nyní litoměřický projekt?
Nyní připravujeme feasibility study. K ní patří už zmíněná územní energetická koncepce. V bývalých kasárnách máme prostor, který je určen pro vrt a geotermální teplárnu, a současně se vytváří urbanistická studie začlenění těchto objektů do kontextu prostředí. Zároveň probíhá zkušební vrt, který je nyní v hloubce okolo 900 metrů. Ten potvrdí, zdali jsou teoretické předpoklady o existenci zdroje geotermální energie oprávněné. Pokud se možnost použití metody HDR potvrdí, tak se ihned zpracuje projekt celé realizace a budeme se snažit získat na tento projekt peníze z dotací.

Jak vnímáte míru rizika realizace tohoto projektu?
Tento projekt je pro nás na jednu stranu exkluzivní, v České republice nic podobného není. Na druhé straně v tom je taky trochu náš problém. Nemáme kde sbírat zkušenosti. Naopak zástupci jiných lokalit se chodí dívat k nám.

Kdy budou Litoměřice vytápěny z geotermálního zdroje?
Kdyby všechno šlo podle plánu, tak by celý projekt mohl být realizován a zkolaudován v září 2010 - to je optimistická varianta, nejzazší termín je rok 2013.

Vrtná hlavice, jedna z nejnákladnějších součástek vrtného komplexu