Razpisi so, država naj ne zamudi priložnosti - EOL 154/155

Razpisi so, država naj ne zamudi priložnosti - EOL 154/155

Visokotemperaturni geotermalni viri

Nina Rman, Andrej Lapanje, Dušan Rajver

Geotermalna energija (GTE) je shranjena v obliki toplote pod trdnim zemeljskim površjem. Je izrazito lokalen vir toplote, hladu in električne energije, zato je potencial zelo odvisen od posamezne lokacije. Zaradi različnih tehnologij rabe ločimo med plitvo in globoko geotermalno energijo. V Sloveniji lahko plitvo z geotermalnimi toplotnimi črpalkami pridobivate skoraj povsod, medtem ko so višje temperature omejene predvsem na skrajni JV del Pomurja. Ne glede na tip rabe je njena glavna prednost stalna bazna oskrba, neodvisna od vremena in površinskih dejavnikov.

Binarna geotermalna elektrarna v Veliki Cigleni (Hrvaška). Foto: Luka Serianz
Binarna geotermalna elektrarna v Veliki Cigleni (Hrvaška). Foto: Luka Serianz

Običajno tudi izboljšuje bivanjske pogoje v naseljih, saj je razmeroma tiha in brez prašnih delcev, hkrati pa zaradi nizkih emisij CO₂ prispeva k razogljičenju. Še več, njene rezervoarje bi ob primerni tehnološki zasnovi projektov in zakonodajni ureditvi lahko celo uporabili za skladiščenje presežnega CO₂. Geotermalni potencial ocenjujemo na podlagi geoloških, hidrogeoloških in geotermičnih značilnosti območja, zanesljivosti podatkov ter trenutne stopnje izkoriščenosti vira.

Primerna temperatura

Dovolj visoka temperatura podpovršja je posledica visokega geotermičnega gradienta, ki je v SV Sloveniji rezultat tanjše Zemljine skorje. Najvišje temperature so bile izmerjene na območju Lendave, Petišovcev in Murske šume, pri čemer prednjači vrtina Mg-6/85 v Murskem gozdu z 202 °C v globini 3,8 km. Vrtino je moč testirati in, upajmo, dokazati izdaten geotermalni rezervoar, čigar globina je verjetno nekje okoli 4 km. Potencial za povišane temperature je nakazan tudi na Obali, v Ljubljanski kotlini in pri Ormožu, vendar še ni globokih vrtin, ki bi ga potrdile.

Prepustne kamnine

Rezervoar je prostornina razpokanih in prepustnih kamnin, skozi katere kroži geotermalni fluid. Obstoj primernih rezervoarjev za proizvodnjo geotermalne elektrike pri nas še ni potrjen in predstavlja največje geološko tveganje pri razvoju teh projektov. V podlagi slovenskega dela Panonskega bazena prevladujejo slabo prepustne metamorfne kamnine, ki običajno ne predstavljajo naravnih rezervoarjev. Raziskave geotermalnega potenciala so zato usmerjene v iskanje razpokanih in dobro prepustnih karbonatnih kamnin, ki pa so lateralno in po debelini običajno dokaj omejene. Nekatere vrtine so jih sicer dosegle, vendar je iz njih iztekalo premalo fluida, da bi se takratne raziskave nadaljevale.

Kot perspektivne ocenjujemo razmeroma dobro raziskane vodonosnike Lendavske, Špiljske in Haloške formacije SV od Murske Sobote in pri Lendavi, kjer temperature sicer niso najvišje. Verjetno so izdatnejše in z višjimi temperaturami karbonatne kamnine v podlagi bazena, ki se raztezajo v smeri JZ-SV v dveh pasovih, med Korovci in Hodošem ter med Ormožem in Lendavo.

Geotermalni fluid

Glede na tlačne in temperaturne pogoje v potencialnih visokotemperaturnih rezervoarjih v SV Sloveniji pričakujemo tekočinske sisteme (angl. liquid dominated). Tam se po rezervoarju pretaka tekoča voda, ob iztoku na površje pa zaradi znižanja tlaka izteka mešanica vode in vodne pare. Glede na obstoječe podatke iz globokih vrtin pričakujemo, da bo slanica z vsaj med 10 in 20 g/l skupnih raztopljenih snovi razmeroma bogata s plini. Njihova količina in vrsta bo odvisna tudi od bližine globokih prelomnih con ter pojavov ogljikovodikov. Sestava fluidov lokalno variira, skoraj zagotovo pa bodo imeli vsi visok potencial, tako za korozijo kot obarjanje, najverjetneje karbonatnih mineralov. Posledično je nujna uporaba zaprtega krogotoka sistema pridobivalnih in reinjekcijskih vrtin s skrbno načrtovanimi materiali za cevovode, izmenjevalce ipd., v katerih se vzdržujejo dovolj visoki tlaki za znižanje tveganj za omenjene tehnološke težave.

Pridobivanje elektrike

Večinoma se temperatura fluida od 150 do 180 °C smatra kot spodnja meja za ekonomsko sprejemljivo proizvodnjo elektrike s klasičnimi parnimi turbinami v konvencionalnih geotermalnih elektrarnah. V Sloveniji pričakujemo temperature na površju nekje do 160 °C, zato je najbolj smiselna uporaba binarnega termodinamičnega procesa. V toplotnem izmenjevalcu binarne geotermalne elektrarne sta dva zaprta krogotoka: en z geotermalnim fluidom in drugi z delovnim fluidom. Geotermalni fluid upari delovni fluid in se potem vrača nazaj v geotermalni rezervoar (pridobivalne in reinjekcijske vrtine), medtem ko uparjen delovni fluid opravi delo, ki se pretvori v električno energijo, kondenzira in vrne v toplotni izmenjevalec. Pri Kalina ciklu se za delovni fluid uporablja zmes amonijaka in vode, pri ORC (angl. Organic Rankine Cycle) pa sodelujejo organske spojine z visoko molekulsko maso (npr. hladilne tekočine: freoni, izobutan, izopentan, R-115 …).

Pristop k razvoju projekta

Ker imamo le malo perspektivnih obstoječih vrtin, nekoliko manj tvegan in zato (navidezno?) cenejši pristop obsega njihovo poglobitev in testiranje, s čimer pridobimo podatke o realnih temperaturah v rezervoarju in na ustju vrtin ter okvirno izdatnost. Ker slanic ne moremo izpuščati v okolje in je izdatnost odvisna tudi od delovnega tlaka v sistemu rabe, je za oceno polne kapacitete para pridobivalne in reinjekcijske vrtine potrebno izvrtati tudi slednjo. Šele po testiranju obeh skupaj lahko zanesljivo projektiramo število potrebnih vrtin, ciljno kapaciteto in vrsto tehnologije v geotermalni elektrarni.

Drugi, nekoliko širši pristop je priporočen v primeru slabo raziskanih lokacij. Ključen je dober 3D geološki model, ki opredeli perspektivna območja za obstoj rezervoarjev. Pripravi se ga lahko z reinterpretacijo obstoječih podatkov. Ker le 18 vrtin presega globino 3000 m in je bila večina raziskav usmerjena na ogljikovodike v nekoliko plitvejših plasteh, so najbolj smiselne dodatne geofizikalne raziskave, ki zanesljivo pojasnijo kamninsko zgradbo in potek prepustnih con v večjih globinah. Šele nato se pristopi k izvedbi novih vrtin.

Največje tveganje pri oceni potencialne moči geotermalne elektrarne običajno določa količina fluida. Za oceno lahko prevzamemo, da bi za 2 MWe pri temperaturi 150 °C potrebovali okvirno 55 l/s. To količino lahko seveda zagotovi ena vrtina, morda pa bo potrebnih več, kar vpliva na ekonomiko projekta. Kapaciteto vrtine lahko določamo šele z njenim testiranjem in nič prej, zato je šele po preizkušanju izdatnosti prve testne vrtine oziroma zaprtega sistema več vrtin mogoče zanesljiveje opredeliti, kakšno geotermalno elektrarno lahko postavimo na izbrani lokaciji.

V primeru slabe izdatnosti vrtin jih je še vedno mogoče predelati v »globoke geosonde«. Tako investicija ni povsem izgubljena, čeprav bo pridobljena toplota ali električna energija nižja od prvotnih ciljnih vrednosti.

Podpore k razvoju

V dosedanjih raziskavah se nismo ciljno ukvarjali s potencialom za proizvodnjo geotermalne elektrike, zato še vedno govorimo predvsem o regionalnem potencialu. Da bi lahko razvrstili ožje, konkretne lokacije po njihovi perspektivnosti, je potrebno sistematično reintepretirati vse obstoječe podatke iz vrtin in drugih prostorskih geoloških raziskav v globinah med 2,5 in 5 km, kar bi lahko bila naloga države. Nato se zanje razpiše koncesijska območja in spodbuja nadaljnje raziskave s strani investitorjev, ki zajemajo tudi izgradnjo in testiranje globokih vrtin.

Ker pri nas še ni delujoče geotermalne elektrarne, bo potrebno izobraziti strokovnjake in vzpostaviti celoten sistem načrtovanja, izvedbe, spremljanja delovanja in opustitve takšnih sistemov tako tehnološko in zakonodajno kot z vidika ekonomskih spodbud. Glede na številne evropske in kohezijske razpise je sedaj pravi čas, da se nekaj premakne. 

Več informacij o možnih geotermalnih rezervoarjih najdete v informativnih brošurah GeoZS (https://www.geo-zs.si/index.php/publikacije2/bro%C5%A1ure) ter na spletnih straneh in portalih projektov DARLINGe (https://www.geo-zs.si/?option=com_content&view=article&id=273), TRANSENERGY (https://www.geo-zs.si/?option=com_content&view=article&id=141) in GeoConnect3d (https://www.geo-zs.si/?option=com_content&view=article&id=647).

Viri:

Rajver, D., Lapanje, A., Rman, N. 2012: Možnosti proizvodnje elektrike iz geotermalne energije v Sloveniji v naslednjem desetletju. Geologija 55/1, 117-140. Dostopno na: http://www.geologija-revija.si/dokument.aspx?id=1152

Rajver, D., Lapanje A. Geotermična karta - Karta pričakovane globine do izoterme 150 °C. Dostopno na: http://www.egeologija.si/geonetwork/srv/slv/catalog.search#/metadata/315486f6-3aec-4ac0-a222-0233a78c13a9



Naložbo sofinancirata Republika Slovenija in Evropska unija
iz evropskega sklada za regionalni razvoj. Sofinanciranje spletne strani je bilo pridobljeno preko Vavčerja za digitalni marketing.