Partneři sekce:
  • P.M.H. Invest & Trade
  • Rehau

Přírodní léčivé vody jako zdroje obnovitelné energie

Obr. 2 Grafitový blokový výměník tepla KOROBON s číselným schématem umístění senzorického měření

Příspěvek analyzuje využití přírodně léčivé vody o teplotě 67 °C z pohledu implementace dostupných technologií do technologického procesu jejího zpracování, kde hlavním přínosem předmětného řešení je zvýšení využitelnosti obnovitelného zdroje energie. Zvyšování využití obnovitelných zdrojů energie vede k plnění strategických cílů nízkouhlíkové ekonomie Evropské unie pro roky 2020 a 2050.

Přírodně léčivý zdroj vody je minerální voda, která byla uznána Státní komisí Ministerstva zdravotnictví Slovenské republiky jako přírodně léčivá voda na základě zákona 538/2005 CFU. Z geologického průzkumu v roce 2011 vyplynul závěr – Slovenská republika má velký energetický a ekonomický potenciál v přírodně léčivé vodě, která se nachází po celém území.

Teoreticky využitelný energetický potenciál viz tab. 1, jež rovněž zobrazuje energetický potenciál nevyužitých obnovitelných zdrojů energie, které by bylo možné využít implementací vhodných technologických zařízení a postupů.

Na základě výstupů lze určit poměr energetického potenciálu jednotlivých obnovitelných zdrojů energie ku celkovému energetickému potenciálu následovně: biomasa (> 40 %), geotermální energie (16,6 %), sluneční energie (13,7 %), odpadové hospodářství (9,3 %), biologická paliva (6,6 %) a větrná energie (1,6 %). [2] [5] [6]

Přírodně léčivý zdroj vody Slovenské léčebné lázně Piešťany

Zdroj přírodně léčivé vody se nachází z historického pohledu na významných místech Lázeňského ostrova města Piešťany, kde byly z dlouhodobého hlediska pozorovány její léčivé účinky na pohybový aparát lidského těla.

V rámci technologického procesu zpracování je voda z PLZ odebírána ze tří vrtů (V1, V4a a V8) a studny (Adam Trajan). Maximální povolené množství odběru za sekundu, teplota přírodně léčivé vody a hloubka vrtu jsou uvedeny v tab. 2. [2] [5] [6]

Technologický proces zpracování přírodní léčivé vody

Přírodně léčivá voda odebíraná z obnovitelného zdroje energie o teplotě 67 °C je nevhodná pro přímé použití v balneoterapeutických provozech a z tohoto důvodu musí být vhodným technologickým procesem zchlazena na optimální teplotu 24 °C.

Proces chlazení je zajištěn grafitovým blokovým výměníkem tepla KOROBON, nacházejícím se v akumulační stanici na Lázeňském ostrově (obr. 1).

Mimo výměník se na stanici nachází 6x nádrž se zchlazenou přírodně léčivou vodou o teplotě 24 °C (zeleně), 4x nádrž s teplou přírodně léčivou vodou o teplotě 67 °C (červeně), 3x nádrž se stlačeným vzduchem (modře) a technologická zařízení pro distribuci vody do balneoterapeutického zařízení. [6]

Obr. 1 Půdorys akumulační stance SLKP a. s.
Obr. 1 Půdorys akumulační stance SLKP a. s. |

Analýza zpracování přírodně léčivé vody

Analýza je založena na experimentálním měření technologického procesu chlazení v grafitovém blokovém výměníku tepla KOROBON (obr. 2).

V rámci experimentálního měření byly sledovány fyzikální parametry přírodně léčivé vody, a to teplota °C a průtok m3/h, za pomoci kontinuálního měření na primární a sekundární straně výměníku s ukládáním dat do dataloggeru COMET a následným vyhodnocením.

Grafické znázornění záznamu z měření v dataloger COMET je zobrazeno na obr. 3 (teplota studené užitkové vody), z něhož vyplývá teplotní interval vstupující teplonosné látky v rozmezí 14,7–18,0 °C. Teplotní interval 18,0–19, 3 °C je méně než 5 % z celkového pozorovaného období a je považován za chybu v měření způsobenou lidským faktorem.

Obr. 4 znázorňuje pozorovanou teplotu horké přírodně léčivé vody na primární straně tepelného výměníku, z níž vyplývá teplotní interval 63,0–64,6 °C. Teplotní interval 62,3–63,0 °C je méně než 1 % z celkového pozorovaného období a je považován za chybu v měření.

Experimentální analýzu průtoku přírodně léčivé vody ultrazvukovou metodou není možné zrealizovat z důvodu havarijního stavu rozvodů v akumulační stanici (obr. 5), kde tloušťka usazené sedimentace je více než 30 mm.

Jelikož se jedná o důležitý ukazatel, byl průtok experimentálně odvozen od manuálního odpočtu vodoměrů v přesně stanovených časových úsecích během celého pozorovaného období.

Obr. 6 a 7 graficky znázorňují interval průtoku studené užitkové vody a horké přírodně léčivé vody 1 m3 / 15 min – 13 m3 / 15 min, což tvoří 95,2 % a 96,85 % provozního času. Hodnoty mimo tento intervalu (4,8 % a 3,14 %) jsou z technického pohledu nedosažitelné a způsobené lidským faktorem.

Porovnáním naměřených hodnot spotřeby přírodně léčivé vody v balneoterapeutických zařízeních lze konstatovat výkonnostní nedostatečnost současného technologického procesu zpracování přírodně léčivé vody a to v množství 132,43 m3/den, která je v současnosti kompenzována dodáváním přírodně léčivé vody z akumulačních nádrží, kde se voda akumuluje mimo špičky odběru.

Obr. 5 Sedimentace v rozvodech PLZ
Obr. 5 Sedimentace v rozvodech PLZ |

Řešení výkonnostní nedostatečnosti

Experimentální řešení výkonnostní nedostatečnosti je tvořeno rekonstrukcí akumulační stanice v Slovenských léčebných lázních. V rámci této rekonstrukce by se měla nejen zvýšit bezpečnost provozu balneoterapie, ale i maximalizovat využití vody PLZ a energetického potenciálu teplé užitkové vody.

Toto řešení povede k úsporám energetických nákladů při provozu balneoterapie. Na zvýšení množství zchlazené vody PLZ s teplotou cca 24 °C, budou přidány výměníky tepla v akumulační stanici. Počet výměníků tepla bude záviset na typu výměníku tepla a odborného rozhodnutí výrobců.

Nové výměníky tepla budou umístěny ve spodní části akumulační stanice na betonových podložkách, na kterých jsou v současnosti umístěna čerpadla, a budou paralelně propojeny s existujícím výměníkem tepla KOROBON.

Vzhledem k sedimentaci je návrh nového výměníku tepla založen na předpokladu 100% zálohy existujícího výměníku tepla KOROBON. Nejdůležitějšími kritérii při návrhu rekonstrukce akumulační stanice byla schopnost materiálu odolat vysoce mineralizované přírodní léčivé vodě.

Vzhledem k této skutečnosti byl vybrán jako nejlepší materiál pro budoucí provoz kompozit z uhlíkových vláken, který byl testován jako prototyp více než 50 let.

Nejlepší varianta byla vypracována za pomoci společnosti SGL Group, která je výrobcem původně umístěného blokového grafitového tepelného výměníku KOROBON. Technická specifikace je navržena tak, aby dalších 12 tepelných výměníků DIABON bylo paralelně připojeno k existujícímu výměníku tepla KOROBON.

Ekologické a ekonomické vyhodnocení

Ekonomické vyhodnocení je založeno na srovnání kotelny v Balnea Centru s výkonem 9,98 MWh a navrhovaného experimentálního řešení technologického procesu zpracování přírodně léčivé vody jako obnovitelného zdroje energie (tab. 3, tab. 4). [8]

Tab. 3 Ekonomické vyhodnocení technologického řešení 1 Euro 257 Kč

Závěr

Z hlediska využitelnosti je nejméně využívaným obnovitelným zdrojem energie přírodně léčivý zdroj vody, kterou v současnosti využíváme pouze k léčebným účelům. Energie uložená v systémech PLZ díky své vysoké relativní teplotě má velký energetický potenciál, který může příznivě ovlivnit ekonomickou a environmentální situaci.

Předmětný článek se zabývá návrhem a analýzou současného stavu technologického procesu zpracování přírodně léčivé vody v Slovenských léčebných lázních Piešťany a návrhem vhodného technického řešení pro maximalizaci využitelnosti obnovitelného zdroje energie.

Technologický návrh se opírá o rekonstrukci stávající akumulační stanice, kde ze závěru analýzy vyplývá rozšíření v podobě doplnění výměníku tepla se specifickými vlastnostmi provozu ve vysoce mineralizované vodě. Jako nejvhodnější materiál pro použití v daných podmínkách je kompozit z uhlíkových vláken.

Zapojením navrhovaného technologického systému bude možno ušetřit 2 696 €/den, což přestavuje významnou ekonomickou investici, která spolu s poklesem produktivity skleníkových plynů napomáhá k plnění hlavních strategických cílů Evropské unie.

Poděkování
Článek Aspekty využívání přírodně léčivé vody jako zdroje obnovitelné energie byl vypracován na základě projektu TE02000077, Smart Regions-Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development a Slovak Health Spa Piešťany, a. s.

prof. Ing. Jiří Hirš, CSc. 1, Ing. Denis Miček1, Ing. Igor Miček, Ph.D.2
Autoři1 působí na VUT, Brno. Autor2 působí ve Slovenské Liečebné Kúpele Piešťany, a. s.
Foto: archiv autorů

Literatura
[1] Eurostat [online]. [cit. 2019-05-05]. Dostupné z: http://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/index.php/Renewable_energy_statistics
[2] Ministerstvo zdravotníctva SR [online]. [cit. 2019-05-05]. Dostupné z: http://www.health.gov.sk
[3] Koncepcia využívania obnoviteľných zdrojov energie – nové znenie: UV-2616/2003 [online]. Bratislava, 2003 [cit. 2019-05-01]. Dostupné z: http://www.rokovania.sk/Rokovanie.aspx/BodRokovaniaDetail?idMaterial=7903
[4] Low-carbon economy [online]. [cit. 2019-05-04]. Dostupné z: https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2050_en
[5] Ministerstvo zdravotníctva [online]. [cit. 2019-05-04]. Dostupné z: http://www.health.gov.sk/?ikz-terminologia
[6] Monitoring prírodných liečivých a minerálnych zdrojov. Ministerstvo zdravotníctva SR [online]. [cit. 2019-05-01]. Dostupné z: http://www.health.gov.sk/?monitoring-prirodnych-liecivych-a-mineralnych-zdrojov
[7] SLOVENSKÉ LIEČEBNÉ KÚPELE PIEŠŤANY a.s.: Archívne materiáli a práce technického oddelenia.
[8] Směrnice 2001/77/ES o podpoře elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie na vnitřním trhu s elektřinou [online]. [cit. 2019-05-01]. Dostupné z: http://www.csve.cz/cz/clanky/smernice-2001-77-es-o-podpore-elektriny-vyrobene-zobnovitelnych-zdroju-energie-na-vnitrnim-trhu-s-elektrinou/196

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 4/2019.