3 / Technologie pro geotermální elektrárny

Podle způsobu získávání páry se geotermální elektrárny dělí na elektrárny se suchou párou, elektrárny s mokrou párou a elektrárny s binárním cyklem.

Systém na suchou páru

Výroba elektrické energie probíhá přímo za pomocí suché páry vycházející z vrtů, která roztáčí lopatky turbíny. Mechanická energie je přenesena na generátor a zde se mění energie mechanická na energii elektrickou.

Suchá pára, která projde přes turbínu, putuje do kondenzátoru, kde se mění na vodu, která je vstřikována zpátky do geotermálního ložiska. Jedná se o nejefektivnější způsob získávání elektrické energie.

Elektrárna na suchou páru byla prvním typem geotermální elektrárny na světě, která získala komerční statut. Jedná se o jednodušší a levnější variantu oproti systému na mokrou páru se separací. Snazším způsobem se zde předchází usazování solí a minerálů z geotermálních vrtů. Ačkoliv se jedná o nejjednodušší způsob získávání geotermální energie, na celém světě byly nalezeny pouze pár větších rezervoárů na suchou páru.

Jeden z rezervoárů na suchou páru se nachází v Kalifornii v komplexu zvaném The Geysers a druhý leží v Itálii na místě Larderello v Toskánsku. Obě tyto geotermální elektrárny se svou kapacitou 2471 MW mají podíl téměř 26% na celkové geotermální celosvětově instalované kapacitě.

Rezervoáru na suchou páru obsahuje trhliny v pórovité hornině, která je nepropustná nebo propojená s další trhlinou naplněnou suchou párou. Pára také obsahuje oxid uhličitý, sirovodík, metan a stopové množství dalších prvků. V tomto zásobníku je velmi málo nebo vůbec žádné množství vody. Došlo se k závěru, že pára v rezervoárech má buď magmatický nebo meteorický původ. U první z variant pára prošla pomalým vývojem z magmatických komor umístěných ve velkých hloubkách a při působení velmi vysokých teplot blížících se roztavené hornině. Druhá varianta vychází z předpokladu, že dešťová voda prosakovala skrz zlomy až do velké hloubky, kde se setkala s horninou o vysokých teplotách.

Systém na mokrou páru s jednoduchou separací

Systém na mokrou páru s jednoduchou separací je z typů geotermálních elektráren nejrozšířenější na celém světě. Jako vstupní médium se používá voda o teplotách vyšších než 160°C, nebo mokrá pára. Nachází se zde separátor pracující jako cyklonový odlučovač, zároveň může pracovat jako demineralizátor vody.

Tento typ bývá první instalovanou elektrárnou na místě nového nálezu vodu obsahujícího geotermálního pole. Následně je dle potřeby doplňována dalšími typy ke zvýšení výtěžnosti a efektivnosti vrtu. Typ elektráren na mokrou páru s jednoduchou separací je zastoupen 32% ze všech geotermálních elektráren na celém světě. Tyto elektrárny dosahují rozsahu výkonu 3 – 90 MW. Samozřejmě dochází ke spojení více systémů na mokrou páru s jednoduchou separací dohromady, díky čemuž se zvyšuje kapacita jednotlivých elektráren.

Geotermální zdroj produkuje směs páry a vody. V první fázi je směs rozdělena na páru a na vodu, aniž by došlo ke ztrátě většího množství tlaku. Tato činnost je prováděná v cylindrické cyklonové tlakové nádobě, která je obvykle orientována vertikálně, kde tyto dvě části směsi jsou odděleny vzhledem k jejich podstatně odlišnému rozdílu hustoty.

Typická 30 MW geotermální elektrárna potřebuje 5-6 produkčním vrtů a 2-3 vstřikovací vrty. Jednou z možností jak získávat potřebné látky z vrtů je ta, že systém potrubí musí nabírat geotermální kapalinu z produkčního vrtu a přenášet jí do elektrárny k dalšímu čištění. Elektrárny tohoto provedení jsou například v Dixie Valley v Nevadě či Cosu v Kalifornii.

Binární systém

Binární systém vznikl roku 1912 v Larderellu v Itálii. Je také nazýván jako „nepřímý okruh“. Pára z geotermálních vrtů byla dopravena příliš znečištěná rozpuštěnými plyny a minerály na to, aby mohla projít efektivně parní turbínou. Prošla tepelným výměníkem, zde došlo k varu vody, kde vzniklá pára roztočila turbínu.

U binárního principu se používá chladnější voda o proti systémům na mokrou páru se separací nebo systému na suchou páru, čímž se zvyšuje výtěžnost vrtů a snižují se nároky na geotermální rezervoár.

Vroucí voda ohřívá organickou kapalinu v uzavřeném okruhu, která má výrazně nižší bod varu než voda. U organické kapaliny (např. propan, isobutan, freon) dochází k přeměně na páru, která rozpohybuje lopatky turbíny generátoru. Tento systém pracuje s vyšší účinností než výše zmiňované systémy, dále jsou podstatné nižší nároky na kvalitu a dostupnost geotermálních rezervoárů.

Jednou z výhod je úsporný systém hospodaření s vodou a zbytky zkondenzované páry, při němž dochází k návratu vody a páry do rezervoáru k opětovnému použití, čímž se zvyšuje trvanlivost geotermálního pramenu.

Volba systému při stavbě nové geotermální elektrárny závisí na druhu geotermálního pramenu, na kvalitě vody a páry na daném území, na teplotě a hloubce daného rezervoáru.

Elektrárna na geotermální energii Beowawe ve státě Nevada v USA využívá cyklus binárního procesu k výrobě elektřiny. Použitá organická sloučenina v elektrárně je průmyslové chladivo (tetrafluoroethan, skleníkový plyn). Toto chladivo má mnohem nižší bod varu než voda, což znamená, že se mění na plyn při nízkých teplotách. Plyn pohání turbíny, které jsou připojeny k elektrickým generátorům.