Japończycy kochają onsen, jak w języku kraju kwitnącej wiśni określają gorące źródła. Cenią sobie relaks i uczucie odmłodzenia, jakie daje im chwila spędzona w naturalnie podgrzewanej, bogatej w minerały wodzie źródlanej.

Ciepłe źródła są zlokalizowane w górach, tuż przy rzekach, niedaleko oceanów i niemalże wszędzie gdzie dochodzi do występowania tzw. aktywności wulkanicznej, co w Japonii ma miejsce stosunkowo często. Znajduje się tu 27,405 opisanych źródeł termalnych i ponad 21 tys. powiązanych z nimi ośrodków SPA czy zajazdów, co dokumentuje opublikowany w 2014 roku spis japońskiego Ministerstwa Środowiska.

„Onsen” znaczy biznes

Ponad 126 milionów ludzi odwiedza onsen regularnie, wydając spore ilości gotówki w SPA, hotelach, restauracjach czy sklepach zlokalizowanych przy źródłach. Z powodu wyraźnego trendu ekonomicznego powiązanego z turystyką lokalne społeczności nie sądziły, że tzw. „onsen business” mógłby współistnieć z elektrociepłowniami geotermalnymi.

Gorące źródła w miejscowości Yumura, prefektura Hyogo, fot. The Town of Shinonsen

Istniało przekonanie, że rozwój energetyki geotermalnej może destrukcyjnie wpłynąć na jakość i skład wody źródlanej, która zawiera mnóstwo materii organicznej niosącej niewymierne korzyści dla ludzkiego zdrowia i urody. Przede wszystkim jednak, lokalny biznes obawiał się, że elektrociepłownie geotermalne doprowadzą do wysuszenia cennych zasobów. Obawy te rozwiało dopiero wprowadzenie binarnych elektrociepłowni geotermalnych.

Pierwszy państwowy system binarny został zainstalowany na drodze ewakuacyjnej. Yumura Onsen leży w mieście Shinonsen należącym do prefektury Hyogo. Zainstalowano dwie 20-kilowatowe elektrociepłownie geotermalne w SPA o nazwie Yahushiyu, które w planach zagospodarowania przestrzennego figuruje jako droga ewakuacyjna dla ludzi w razie wypadków i katastrof.

Tak właśnie wygląda technologia binarna w geotermice – dwa 20 kW generatory, fot. The Town of Shinonsen

Binarne elektrociepłownie geotermalne, zwane też binarnymi farmami onsen, używają chemicznych substancji określanych jako płyny w drugim stadium formowania (np. izobutan i n-pentan), które zaczynają wrzeć przy niższej temperaturze niż ma to miejsce w przypadku wody. Ciepłe wody źródlane przechodzą przez wymiennik ciepła i podgrzewają płyny w zamkniętej pętli. Ciepło wód geotermalnych powoduje parowanie płynu co napędza turbiny, a w konsekwencji generatory. Para ulega następnie skropleniu i zaczyna cały cykl od nowa. Ponieważ system jest oparty o zamknięty obieg, właściwie nic nie ulega emisji do atmosfery.

- Odkąd odrzuciliśmy pomysł stworzenia parowego oraz błyskowego cyklu dla farm geotermalnych, co wymagałoby wysokotemperaturowych płynów, nie musieliśmy już szukać i kopać nowych szybów – opowiada Kaoru Taniguchi, pracownik Departamentu Rozwoju Lokalnego. – Zainstalowaliśmy system geotermalny w SPA, gdzie występowały obfite zasoby gorącej wody.

System maksymalnie wspierany przez naturę

W Yumura Onsen, gdy wody geotermalne wchodzą do systemu binarnego temperatura wynosi około 90 stopni Celsjusza. Po oddaniu ciepła drugiej cieczy, temperatura spada do 65 stopni. Ciepła woda źródlana, która nigdy nie wchodzi w bezpośrednią reakcję z drugą cieczą, jest następnie wykorzystywana w SPA dla turystów i następnie wstrzykiwana powrotem w glebę, aby ulec ponownemu podgrzaniu.

Uproszczony schemat funkcjonowania systemu onsen w Yumurze, fot. The Town of Shinonsen

- Na samym początku, część lokalnej społeczności obawiała się utraty zasobów naszych wód. Wyjaśnialiśmy, że tak się nie stanie. Aby wygenerować energię elektryczną, utracimy jedynie trochę ciepła, które jest dostępne na powierzchni gruntu. Kiedy w końcu zrozumiano, że nie wykopujemy w tym celu nowych otworów i nie wydobywamy więcej wody z podziemi, uzyskaliśmy powszechną akceptację dla naszych działań ­– wspomina Taniguchi.

W 2014 roku system wygenerował 140 MWh prądu, z czego około 72 MWh jest używane w Yakushiyu SPA ładując przy okazji magazyny o pojemności 10 kW.

Rewitalizacja społeczności zorganizowanej wokół onsen po katastrofie w Fukushimie przebiegała stopniowo. Tsuchiyu, grupa działająca przy ciepłych źródłach niedaleko Fukushimy, doprowadziła w październiku zeszłego roku do utworzenia binarnej elektrociepłowni geotermalnej o mocy 400 kW.

Elektrociepłownia Tsuchiyu, prefektura Fukushima, fot. Genki Up Tsuchiyu Company

- W przeszłości nasze gorące baseny przyciągały 230 tys. turystów każdego roku – oblicza Katsuichi Kato, prezydent grupy Tsuchiyu. – Po katastrofie w Fukushimie oraz wydarzeniach związanych z tsunami w marcu 2011 roku, ruch drastycznie spadł i 5 z 16 ośrodków musiało zostać zamkniętych. Wraz z walczącą o utrzymanie resztą zaczęliśmy poszukiwania sposobów na rewitalizację naszej społeczności. Zdecydowaliśmy się zaufać odnawialnym źródłom energii.

Elektrociepłownia a uprzedzenia

Zanim karta się odwróciła, Kato musiał przekonać członków grupy oraz organizacje współpracujące, że ilość, jakość i temperatura źródeł termalnych nie ulegnie degradacji. – Odkąd staliśmy się zdolni do korzystania z istniejących zasobów, zaczęliśmy postrzegać projekt jako inwestycję o niskim ryzyku ­– przyznaje.

Zadanie rozwoju elektrociepłowni powierzono spółce Ormat Technologies z Nevady (USA). – Kiedy rozpoczynaliśmy projektowanie cztery lata temu, Ormat dysponował już rozległą wiedzą i doświadczeniem z zakresu rozwoju binarnych elektrociepłowni geotermalnych, podczas gdy japońskie przedsiębiorstwa dopiero przeprowadzały otwarte próby swoich systemów ­– tłumaczy Katsuichi Kato.

System binarny w Tsuchiyu posiadł unikatowy dodatek w celu wykorzystania naturalnych zasobów - dwóch rodzajów wody. Ciepłe wody z istniejących źródeł wykazują temperaturę w okolicy 100 stopni Celsjusza. Woda używana jest do podgrzania n-pentanu, drugiej cieczy skraplanej w celu rozruchu turbin. Do systemu czerpana jest jeszcze woda górska o temperaturze 10 stopni Celsjusza. Używa się jej do schłodzenia i kondensacji wspomnianej drugiej cieczy. W rezultacie tego procesu temperatura wody z gorących źródeł spada do 70 stopni, zaś wody górskiej wzrasta do 30.

Źródło wody czerpanej do schładzania systemu, fot. Genki Up Tsuchiyu Company

Japoński rząd zwiększy wsparcie dla geotermii

Choć Japonia ma trzeci względem wielkości potencjał geotermalny na świecie, w kraju zainstalowanych jest około 530 MW mocy z tego rodzaju źródeł. Chcąc wprowadzić odpowiedni bodziec, rząd kraju kwitnącej wiśni uruchomił w 2012 roku program taryf FIT (feed-in tariff), który obejmuje energię geotermalną. Od tamtej pory uwolniono w tej gałęzi zaledwie 10 MW mocy. Dla porównania, w ciągu ostatnich 3 lat potencjał mocy fotowoltaiki w Japonii wzrósł o 22 GW.

Chcąc przyspieszyć rozwój energetyki geotermalnej, japoński rząd stworzył specjalną jednostkę o nazwie JOGMEC (the Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, tłum.: narodowa korporacja oleju, gazu i metalu). To właśnie JOGMEC udzielił gwarancji bankowych aby wspomóc powstanie elektrociepłowni binarnej w Tsuchiyu. Inwestycja pochłonęła 5,7 miliona dolarów (700 milionów jenów). Spółka otrzymała subsydia na kwotę 812 tys. dol. (100 mln jenów) z Ministerstwa Ekonomii, Handlu i Przemysłu (METI). Pozostałą część środków pozyskano w formie kredytów.

Firma korzysta ze wsparcia oferowanego w systemie taryf FIT. Cała energia elektryczna wyprodukowana w systemie binarnym, oprócz części konsumowanej w ramach zabezpieczenia funkcjonowania kondensatora, jest sprzedawana lokalnemu operatorowi, Tohoku Electric Power Co. Jedna kilowatogodzina została wyceniona na 32 centy (40 jenów). Podpisane w tej sprawie porozumienie gwarantuje elektrociepłowni w Tsuchiyu skup energii przez 15 lat.

Jak mówi Katsuichi Kato, firma będzie dążyła do spłaty zadłużenia najszybciej jak tylko będzie to możliwe, przede wszystkim przy pomocy zysków gwarantowanych przez FIT, a także uruchomieniu programu rewitalizacyjnego dla miasta. Celem jest zasilenie Fukushimy w 100 procentach z odnawialnych źródeł, co zostało nawet zapisane w programie władz prefektury. Wizja ma się przerodzić w rzeczywistość do 2040 roku.

Technologia binarnych elektrociepłowni geotermalnych pozwala społecznościom na ponowne wykorzystanie źródeł, a od kiedy mają możliwość rozwoju na małą skalę otworzyły się drzwi do zapewnienia lokalnym zasobom zrównoważonego rozwoju. Polityka energetyczna Japonii zakłada rozrost sektora energetyki geotermalnej do łącznej mocy sięgającej nawet 1,55 GW jeszcze przed upływem 2030 roku.

oprac. DM

Źródło: renewableenergyworld.com