Geotermalni izvori - gdje je zapelo ?!

 

Geotermalni izvori

U Hrvatskoj postoji tradicija iskorištavanja geotermalne energije iz prirodnih izvora u medicinske svrhe i za kupanje. Brojne toplice koriste upravo geotermalnu energiju (Varaždinske Toplice, Daruvarske Toplice, Stubičke Toplice, Lipik, Topusko itd.). Proizvodnja geotermalne vode za navedene toplice prije se vršila kroz prirodne izvore, dok se danas uz prirodni protok koristi geotermalna voda iz plitkih bušotina. Ukupno postoji 28 nalazišta, od kojih je 18 u upotrebi.

INA-Naftaplin je 1970-ih godina započela s istraživanjem rezervi nafte i plina na poljima u kontinentalnom dijelu Hrvatske. Istražne bušotine pokazale su postojanje izvora tople vode. Najviše istražena ležišta, a ujedno i ležišta s najvišom temperaturom geotermalnog fluida su ležište u blizini Koprivnice (Kutnjak-Lunjkovec) i Bjelovara (velika Ciglena).

40 godina kasnije nezamisliv i neoprostiv zastoj.

Zašto?

1998. godine Energetski institut “Hrvoje Požar” je pripremio program korištenja geotermalne energije u Hrvatskoj, koji pokazuje da Hrvatska ima nekoliko srednjetemperaturih geotermalnih izvora s relativno niskim temperaturama geotermalne vode u rasponu od 100 do 140°C, pomoću kojih je moguća proizvodnja električne energije, npr. Lunjkovec (125°C), Ferdinandovac (125°C), Babina Greda (125°C) i Rečica (120°C). No, konkretne inicijative za gradnju geotermalnih elektrana pokrenute su tek posljednjih godina. Za proizvodnju električne energije iz srednjetemperaturnih geotermalnih izvora dolaze u obzir elektrane s binarnim ciklusom, bilo s organskim Rankineovim ciklusom (ORC) ili Kalina ciklusom. 

U literaturi se Kalina ciklus navodi kao termodinamički povoljniji ciklus od ORC, tj. koji postiže veću termodinamičku iskoristivost i daje više snage. S druge strane, spoznaje autora objavljene u prethodnim radovima, a predstavljene i na 3. međunarodnom forumu o obnovljivim izvorima energije ovdje u Dubrovniku, dobivene na temelju proračuna za srednjetemperaturni geotermalni izvor u Hrvatskoj (Velika Ciglena) s relativno visokom temperaturom geotermalne vode (175°C) pokazuju suprotno. ORC je termodinamički bolji od Kalina ciklusa. To se objašnjava relativno visokom temperaturom geotermalne vode kao i relativno visokom prosječnom godišnjom temperaturom zraka za hlađenje u kondenzatoru (15°C), koja ima nepovoljniji utjecaj kod Kalina ciklusa nego kod ORC-a. U ovom će se radu usporedba ORC i Kalina ciklusa provesti za srednjetemperaturno geotermalno polje s relativno niskom temperaturom geotermalne vode (125°C) i ponovo uz relativno visoku prosječnu godišnju temperaturu zraka za hlađenje u kondenzatoru (15°C): konkretno za geotermalno polje Lunjkovec. Usporedba ORC i Kalina ciklusa će se provesti na temelju rezultata energetske i eksergetske analize.

 Konačni cilj usporedbe je predložiti povoljnije binarno postrojenje, bilo s ORC ili Kalina ciklusom, za srednjetemperaturne geotermalne izvore u Hrvatskoj s relativno niskim temperaturama geotermalne vode.

14  godina kasnije nezamisliv i neoprostiv zastoj.

Zašto?

Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara u Zemljinoj kori polaganim raspadanjem radioaktivnih elemenata, kemijskim reakcijama, kristalizacijom i skrućivanjem rastopljenih materijala ili trenjem pri kretanju tektonskih masa. Količina takve energije je tako velika da se može smatrati skoro neiscrpnom. Iskorištavanje geotermalne energije podrazumijeva iskorištavanje energije nagomilane u unutrašnjosti Zemlje u obliku vruće vode i pare ili u suhim stijenama. Pri tome je bitna razlika temperatura između površine i unutrašnjosti Zemlje. Temperaturni gradijent, odnosno povećanje temperature po kilometru dubine, najveći je neposredno uz površinu, a s povećanjem udaljenosti od površine postaje sve manji. Za praktično iskorištavanje geotermalne energije potrebno je iskoristiti prirodno strujanje vode ili stvoriti uvjete za takvo strujanje. Osnovno načelo je da se voda dovodi s površine Zemlje u dublje slojeve, u njima se ugrije preuzimajući toplinu nagomilanu u Zemljinoj unutrašnjosti i tako ugrijana ponovno pojavljuje na površini. U većim dubinama Zemljine kore nalaze se velike mase suhih stijena koje sadrže znatne količine energije. Voda s površine ne može prodrijeti u te stijene prirodnim putem. Da bi se ta energija iskoristila, potrebno je duboko ispod površine razdrobiti suho stijenje kako bi se dobila dovoljno velika površina za prelazak topline sa stijena na vodu. Pritom bi se voda s površine dovodila među raspucalo stijenje umjetno stvorenom bušotinom, a ugrijana voda odvodila drugom bušotinom na površinu. Još uvijek nije tehnološki razrađeno komercijalno isplativo iskorištavanje energije suhih stijena, niti vruće vode koja se nalazi u vrlo velikim dubinama. Danas se geotermalna energija koristi u mnogim zemljama u sljedeće svrhe: za potrebe liječenja i rekreacije, za potrebe grijanja i tople vode, za proizvodnju električne energije, za potrebe poljoprivrede (primjerice. zagrijavanje staklenika, ribnjaka, zemljišta), za potrebe industrije.

Hrvatski geološki institut

Croatian Geological Survey

Hrvatski geološki institut najveći je istraživački institut u području geoznanosti i geološkog inženjerstva u Republici Hrvatskoj. Geološki podaci predstavljaju temelj za rješavanje mnogih projekata od nacionalnog značaja kao što su opskrba pitkom vodom, zaštita voda i tala, izgradnja prometne infrastrukture, urbanističko planiranje, definiranje rezervi mineralnih sirovina i zaštite okoliša.
U istraživanjima se koriste najsuvremenije metodologije kao i informacijske i računalne tehnologije. U institutu je aktivno 66 znanstvenika i istraživača i 12 znanstvenih novaka na realizaciji Programa temeljne djelatnosti (Geološke karte), pitanjima zaštite okoliša, istraživanju podzemnih voda, inženjerskogeoloških karakteristika terena te istraživanju mineralnih sirovina.
Hrvatski geološki institut surađuje s mnogim srodnim institucijama, organizacijama i fakultetima u zemlji, a kao takav prepoznat je i u međunarodnoj akademskoj zajednici o čemu svjedoče mnogi međunarodni istraživački projekti koji se izvode u Institutu.

 

 

Energetski potencijal u Republici Hrvatskoj

Geotermalni gradijent

Dva sedimentna bazena pokrivaju gotovo cijelo područje Republike Hrvatske: Panonski bazen i Dinaridi. Velike su razlike u geotermalnim potencijalima koji su istraženi istražnim radovima u svrhu pronalaska nafte i plina.

U Dinaridima prosječni geotermalni gradijent i toplinski tijek iznosi:

G=0,018 °C/m q=29 mW/m2

Na ovom području se ne mogu očekivati otkrića značajnijih geotermalnih ležišta. Moguća su otkrića voda sa temperaturama na površini prikladnim za rekreativne i balneološke namjene. Vode takvih karakteristika su otkrivene u Istarskim Toplicama, Splitu, Omišu, Sinju i Dubrovniku.

Za razliku od Dinarida, koji nemaju značajnih geotermalnih potencijala u Panonskom bazenu prosječni geotermalni gradijent i toplinski tijek su mnogo viši:

G=0,049 °C/m
q=76 mW/m2

Budući da je geotermalni gradijent na panonskom području znatno veći od europskog prosjeka na ovom području se može očekivati, pored već otkrivenih geotermalnih ležišta, pronalaženje novih geotermalnih ležišta.

Geotermalni potencijal

Ukupni toplinski geotermalni energetski potencijal iz sve tri skupine iznosi MWt:

	do 50°C	do 25°C
Iz već izrađenih bušotina:	203,47	319,21
Uz potpunu razradu ležišta:	839,14	1169,97

Geotermalne potencijale u Hrvatskoj možemo podijeliti u tri skupine – srednje temperaturne rezervoare 100 – 200 °C, niskotempraturne rezervoare 65 do 100°C i geotermalne izvore temperature vode ispod 65 °C.

Srednjetemperaturni geotermalni potencijali

Geotermalna energija iz ovih ležišta može se iskorištavati za grijanje prostora, u različitim tehnološkim procesima te za proizvodnju električne energije binarnim procesom.

Područje	Bjelovar	Bjelovar	Ludbreg	Đurđevac	Karlovac	Županja
Lokacija (ležište)	Velika Ciglena	Velika Ciglena	Lunjkovec	Ferdinan- dovac	Rečica	Babina Greda
Kategorija rezervi	Dokazane	Vjerojatne	Vjerojatne	Vjerojatne	Vjerojatne	Vjerojatne
		Dokazane
Dubina bušotina,  m	2800	2800	2500	2500	2500	2500
Način pridobivanja vode	samoizljev	samoizljev	samoizljev	samoizljev	crpka	samoizljev
Izdašnost elementa razrade,  m3/s	0,11566	0,347	0,156	0,1	0,1	0,2
Temperatura vode, °C	170	170	125	125	120	125
Broj bušotina na elementu; (proizvodne + utisne)	2 (1+1)	5 (3+2)	3 (2+1)	3 (2+1)	3 (2+1)	2 (1+1)
Mogući broj elemenata razrade	1	1	10	1	1	1
Broj izrađenih/aktivnih bušotina	2/0	2/0	3/0	1/0	1/0	1/0

Tablica 1. Ležišta s geotermalnom vodom toplijom od 100°C

Ukupna toplinska snaga geoterlmalne energije iz ovih ležišta iznosila bi MWt:

	do 50°C	do 25°C
Iz već izrađenih bušotina:	168,74	218,07
Uz potpunu razradu ležišta:	755,79	986,64

Moguća snaga proizvedene električne energije iz ovih ležišta iznosila bi (capacity factor 0,9):

Iz već izrađenih bušotina:	10,95 MWe
Uz potpunu razradu ležišta:	47,88 MWe

Neki važniji pokazatelji značajnijih polja:

Lunjkovac – Kutnjak

Na polju Lunjkovec-Kutnjak, geotermalno ležište je ispitano s dvije istražne (naftne) bušotine. Geotermalna voda sadrži 5 g/l otopljenih minerala i 3 m3/m3 plina (85 % CO2, oko 15 % ugljikovodika i tragove H2S). Kamenac se počinje taložiti pri uvjetima tlaka nižeg od 10 bar. Ležišna stijena je karbonatna breča s prosječnom poroznošću od 7,5 %. Procijenjeni volumen pora je oko 109 m3, a područje ležišta oko 100 km2. Temperatura ležišta varira u ovisnosti o dubini vrha ležišta. U nepropusnim stijenama, između ležišta i površine temperaturni gradijent je viši od 0,06 °C/m.

Izdašnost bušotina je 58 l/s s temperaturom od 120 do 130 °C. Na ovom ležištu moguće je pretvoriti geotermalnu energiju u električnu pomoću binarnog ciklusa.

Velika Ciglena

Na dubini od 2500 m u vrlo propusnim stijenama otkrivena je 1990. godine termalna voda visoke temperature (172 °C). Temperaturni gradijent iznosi 0,062 °C/m. Geotermalna voda sadrži 24 g/l otopljenih minerala, 30 m3/m3 CO2 i 59 ppm H2S. Kamenac se počinje taložiti pri uvjetima tlaka nižeg od 20 bar. Iz dvije postojeće bušotine moguće je proizvoditi 115 l/s geotermalne vode.

Niskotemperaturni geotermalni potencijali

Geotermalna energija iz ovih ležišta može se iskorištavati za grijanje prostora te u različitim tehnološkim procesima. U ovom pregledu izneseni su podaci o geotermalnim ležištima i bušotinama s temperaturom vode većom od 65 °C i značajnijim izdašnostima. U tablici 2 izneseni su osnovni tehnički i energetski pokazatelji ovih ležišta. Iz geotermalnih ležišta koja su označena kosim slovima proizvodi se geotermalna voda i iskorištava u energetske svrhe za grijanje prostora, tople sanitarne vode te za rekreaciju.

Ukupna toplinska snaga geotermalne energije iz ovih ležišta iznosila bi (računano do 50°C):

Ukupna toplinska snaga geoterlmalne energije iz ovih ležišta iznosila bi MWt:

	do 50°C	do 25°C
Iz već izrađenih bušotina:	25,81	47,67
Uz potpunu razradu ležišta:	74,42	129,86

Područje	Zagreb		Valpovo			Osijek	Samobor
Lokacija (ležište)	Mladost	Sveuč.bolnica	Bizovac -TG	Bizovac -PP	Madrinci	Ernesti -novo	SvetaNedelja
Kategorija rezervi	Dokazane	Dokazane	Dokazane	Dokazane	Vjerojatne	Vjerojatne	Vjerojatne
				Vjerojatne
Dubina bušotina,  m	1300	1300	1800	1800	1900	1700	1400
Način pridobivanja vode	samoizljev	samoizljev	samoizljev	crpka	samoizljev	crpka	samoizljev
Izdašnost elementa razrade,  m3/s	0,05	0,055	0,003	0,046	0,01	0,046	0,09
Temperatura vode,  °C	80	80	96	90	96	80	68
Broj bušotina na elementu; (proizvodne + utisne)	3 (1+2)	4 (2+2)	2 (1+1)	3 (2+1)	2 (1+1)	3 (2+1)	3 (2+1)
Mogući broj elemenata razrade	1	1	1	6	1	1	1
Broj izrađenih/aktivnih bušotina	3/3	4/1	2/2	1/1	1/0	1/0	1/0

Tablica 2. Ležišta s geotermalnom vodom temperature manje od 100°C

Neki važniji pokazatelji značajnijih polja:

Bizovac

Geotermalna voda se proizvodi iz dva rezervara Biz-gnajs i Biz-pješčenjak i sadrži određene količine otopljenih minerala i ugljikovodičnih plinova. Voda se koristi za grijanje hotela i bazenske vode, a plin u hotelskoj kuhinji. Do sada se otpadna voda ispuštala u lokalne vodotoke, a projekt separacije i reinjekcije otpadnih voda je u pripremi. Voda će se utiskivati u rezervar Biz-gnajs u kojem se ležišni tlak (30 bara iznad hidrostatskog) smanjuje velikom brzinom. Ležišni tlak u rezervaru Biz-pješčenjak smanjuje se vrlo sporo. Taloženje kamenca se pojavilo u gornjem dijelu proizvodnog niza i u površinskim instalacijama. Protiv njih se uspješno primjenjuju inhibitori.

Zagreb

U Zagrebu je naftnom istražnom bušotinom pronađen velik vapnenački vodonosnik, ali njegova propusnost u največem dijelu nije dovoljna za proizvodnju geotermalne vode.

Dio ležišta s dva područja visoke propusnosti nalazi se u jugozapadnom dijelu grada: Blato i Mladost. Na području Blato nalazi se Sveučilišna bolnica, koja je još u izgradnji. Planirana toplinska snaga bušotina na području Blato je 7 MWt, koja će uz korištenje toplinskih pumpi biti veća.

Na Mladosti se nalazi nekoliko većih objekata, koji sve svoje toplinske potrebe zadovoljavaju iz geotermalnih bušotina. Nema tehničkih problema pri eksploataciji navedenog ležišta. Geotermalna voda protječe u zatvorenom sustavu cjevovoda i utiskuje se u utisnu bušotinu, bez otpadnih nusproizvoda i dodira sa zrakom. Instalirana termalna snaga na Mladosti je 6,3 MWt (direktno korištenje).

Geotermalni izvori temperature manje od 65°C

U ovu skupinu izvora pripadaju geotermalni izvori koji se koriste za balneološke i rekreativne svrhe u većem broju toplica i rekreacionih kompleksa. To su izvori Daruvar (Daruvarske Toplice), Ivanić Grad (bolnica Naftalan), Krapinske Toplice, Lipik (Lipičke toplice), Livade (Istarske toplice), Samobor (Šmidhen SRC), Stubičke Toplice, Sveta Jana (Sveta Jana RC), Topusko (toplice Topusko), Tuhelj (Tuheljske toplice), Varaždinske Toplice, Velika (Toplice RC), Zagreb (INA-Consulting), Zelina (Zelina RC), Zlatar (Sutinske toplice).

Ukupna toplinska snaga geoterlmalne energije iz ovih ležišta iznosila bi MWt:

	do 50°C	do 25°C
Iz već izrađenih bušotina:	8,92	53,47
Uz potpunu razradu ležišta:	8,92	53,47

Hrvatski Centar Obnovljivih Izvora Energije (HCOIE)