Geotermia határon innen és túl - a MÁFI kutatási projektjei

Átírás

1 Geotermia határon innen és túl - a MÁFI kutatási projektjei Nádor Annamária, Tóth György, Szőcs Teodóra, Muráti Judit, Jocháné Edelényi E., Jordán Győző és még sokan mások

2 A MÁFI helye és szerepe a geotermikus kutatások piacán jogszabályi háttér MÁFI szakmai háttere: határon innen és túl Jelentősebb kutatási programok, projektek Pannon medence nagyméretű, áttekintő áramlási és transzportmodellje VKI - Vízgyűjtő-gazdálkodási tervek D-Bakony - Zala-medence regionális hidrogeológiai modellje EU-s projektek T-JAM Transenergy Thermo-Map Jövőbeli feladatok CCS vs. geotermia nagymélységű rendszerek

3 A MÁFI helye a geotermikus piacon - Jogszabályi keretek 344/2009 (XII.30.) Korm. rendelet 4B (1): a Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) a miniszter (KvVM) által irányított önállóan működő és gazdálkodó közintézeti altípusú közszolgáltató központi költségvetési szerv 4B (4): a MÁFI működési köre az ország egész területére kiterjed 19 : A MÁFI alaptevékenysége körében állami földtani kutatással összefüggő feladatokat lát el a) az ország földtani felépítésének megismerésére és az ismeretesség növelésére irányuló földtani, valamint az ország földtani erőforrásgazdálkodását megalapozó kutatások végzése e) az Európai Uniónak a földtani közegre, valamint a felszín alatti vizekre vonatkozó jogszabályi átvételéhez, végrehajtásához kapcsolódó kutatási feladatok ellátása, azokban történő közreműködés (2000/60/EC WFD, 2007/2/EC INSPIRE, 2009/28/EC RES, 2009/31/EC CCS)

4 A MÁFI helye a geotermikus piacon - Jogszabályi keretek 267/2006. (XII.20.) Korm. rendelet 6. A Magyar Bányászati és Földtani Hivatal állami földtani feladatai ellátásában a Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) és a Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet (ELGI) közreműködnek. 30/2004. (XII. 30.) KvVM rendelet 2. (2) Az országhatárral osztott víztest kijelölését egyeztetni kell az érintett országgal, amelyről a...magyar Állami Földtani Intézet bevonásával a környezetvédelmi és vízügyi miniszter gondoskodik MÁFI Alapító Okirata (JKH-6/4/2010) részvétel a geotermikus energia földtani viszonyainak vizsgálatában, országos felmérésében, egyes előfordulásainak részletesebb vizsgálatában, a kitermelhetőség környezeti és egyéb kockázatai feltételeinek meghatározásában, a kitermelés és használat földtani közegre gyakorolt hatásának vizsgálatában, különös tekintettel a geotermikus védőidomok kijelölésére

5 vízföldtani szempontból fontos kőzetegységek térbeli helyzete FÖLDTANI TÉRMODELL kőzetegység HIDROSZTRATIGRÁFIAI EGYSÉGEK: vízföldtani (áramlási és transzport), hőtani PARAMÉTEREK HIDROGEOTERMIKUS MODELL ModFlow, FeFlow MODELL KALIBRÁCIÓ (mért és modellezett adatok összevetése): vízgeokémia (országos vízgeokémiai adatbázis): víz-kőzet kölcsönhatás áramlási pályák Országos Felszínalatti Vízmegfigyelő Hálózat 160 észlelőkút (81 VKI monitoring) vízszintek és nyomásszintek idő és térbeli változásai hőmérsékleti adatok (mért)

6 Vízföldtani szempontból fontos kőzetegységek térbeli helyzete - FÖLDTANI TÉRMODELL Földtani térmodell építőkövei: országos földtani térképek (felszíni és mélyföldtani változatok) digitális formátumban: adott képződmény elterjedése szintvonalakkal (tető, talp) regionális földtani szelvények (szeizmika) mélyfúrási adatbázis Numerikus hidrogeológiai modellhez: voxeles információ Tömb modell: adott képződményen belül voxelenként változhatnak az értékek (pl. porozitás) Rétegtani modell: a képződmények alsó és felső határoló felülete közötti térrészben (voxelekben) konstans érték

7 Kárpát medence: határokkal osztott víztestek (földtani erőforrások) Economic Commission for Europe: Inventory of Transboundary Ground Water in Europe G.E. Arnold, Zs. Buzas GROUND WATER , no. 5:

8 A Pannon medence nagyméretű, áttekintő áramlási és transzportmodellje ( Pannon XXL ) A fürdőfejlesztésekkel kapcsolatban a hazai termálvízkészlet fenntartható hasznosításáról és a használt víz kezeléséről szóló hidrogeológiai kutatás (2005) Gazdasági minisztérium megbízása: VITUKI - MÁFI - Aquaprofit konzorcium MÁFI feladatok: földtani, vízminőségi adatbázis fejlesztés, országos földtani - hévízföldtani modell fejlesztése A modell célja: a hideg- és termálvizek fő áramlási rendszereinek meghatározása a Pannon medence pannon-kvarter vízadó rendszer egészére a természetes és a termeléskori állapotokra Tóth Gy., Jocháné Edelényi E., Horváth I., Jordán Gy., Muráti J., Gál N., Marsó K., Nagy P., Rotárné Szalkai Á., a felhasznált országos földtani térképek szerzői

9 A modell főbb elemei Modellterület: 670 x 500 km (teljes vízgyűjtő terület) Cellaméret: 2 2 km, összesen cella A szomszéd országok elérhető adatait használjuk, abban az esetben is, ha ezek nem naprakészek (partner földtani szolgálatok EuroGeoSurveys) termálkutak (T>30 C) ModFlow 4.0

10 A földtani modell felületei Földtani térmodell alapja: MÁFI által készített 1: földtani mélységtérképek fekü (-8000 m Bf) és fedő mellett 6 további mélységfelület (kvarter, alsó - felső-pannon, pre-kainozoos aljzat) Geometriai konzisztencia: egyes rétegfekük és fedők nem metszhetik egymást képződmények csak a térképen jelölt elterjedési határon belül jelenhetnek meg összhang a fúrási adatokkal negyedidőszak 2 felület

11 A földtani modell felületei felső-pannon - 3 felület pre-kainozoos medencealjzat

12 Modell kalibrációk vízgeokémia

13 A modellezés főbb eredményei - vízforgalmi számítások Porózus termálvíztestek utánpótlódása Porózus termálvíztestekből eláramlással távozik Porózus termálvíztestekből víztermeléssel távozik Porózus hideg víztestek utánpótlódása Porózus hideg víztestekből eláramlással távozik Porózus hideg víztestekből víztermeléssel távozik m 3 /nap természetes állapot m 3 /nap évi víztermelés fennmaradása

14 A modellezés főbb eredményei - számított hidraulikus potenciálok (természetes állapot)

15 A modellezés főbb eredményei - a víztermelések által okozott depressziók

16 Vízgyűjtő-gazdálkodási tervek, víztest jellemzések 4 porózus termál víztest

17 Vízgyűjtő-gazdálkodási tervek, víztest jellemzések Vízföldtani szelvény Esztergom és Solymár között 15 termálkarszt víztest

18 Dél-Bakony - Zala-medence regionális hidrogeológiai modell és felszín alatti áramlás szimuláció ( ) Jocháné Edelényi E., Tóth Gy., Jordán Gy., Rotárné Szalkai Á., Cserny T., Gál N. Célkitűzések: különböző vízhasznosítási érdekek biztosításának független szakértői megalapozása a hidrogeológia rendszer pontos megismerése alapján a víztest határainak pontosítása, minőségi védelme hozzájárulás lokális 3D földtani és hidrodinamikai modellek felépítéséhez, védőidomok meghatározásához a kivehető víz (hő)mennyiség meghatározása a hatékony vízgyűjtő-gazdálkodás, készlet-megosztás megalapozása alternatív vízkivételi lehetőségek feltérképezése esetleges vízkorlátozások bevezetésének előrejelzése szennyező források felmérése

19 Körülmények: forráshiányos állam - erős vállalkozói igények - európai törvényi kötelezettségek - hiányos hazai jogszabályok Kutatási projekt finanszírozói a területen vízkivételi kontingenssel rendelkezők egy csoportja: Coca Cola Beverages Hungary Kft. ( ) Kehida Thermál Gyógy és Élményfürdő Kft. ( ) Hévízgyógyfürdő és Szent András Reumakórház Kht. ( ) Aquazala Kft. ( ) Hotel Aquamarin (2008) Aq Prétor Kft. (2008) Hotel Carbona (2008) Eurofitt Kft (2008) Dunántúli Regionális Vízmű Rt. Elvi támogatók: Nyugat-Dunántúli Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Projekt koordinátor: Hantken Miksa Alapítvány

20 Az engedélyező hatósági munka támogatására elvégzett feladatok Karsztvízszint észlelések, adatbázis fejlesztés, vízszintváltozások értelmezése Szennyeződés-felmérés a Hévízi-tó sérülékeny környezetében (Nyugat-Magyarországi Egyetem Környzettudoményi és Környeztmérnöki Szak hallgatói) Vízhozam-elemzések, termeléstörténet rekonstrukciója Hőmérsékleti idősorok bővítése, adatok térbeli feldolgozása és értelmezése Meglévő vízminőségi adatok térbeli és időbeli változásainak értelmezése, kiegészítő nagyrészletességű vízminőség és izotópvizsgálatokkal Részvétel a modellezésben (korábbi modellek értékelése, koncepcionális modell kialakítása, áramlási, oldott-anyag és hőtranszportrendszer kalibrálása Javaslat kidolgozása a meglévő védőidom-rendszer továbbfejlesztésére

21 A földtani-vízföldtani modell Hidrogeológiai tömbök 3D földtani modell (rétegtani modell)

22 utánpótlódás (csapadékból) vízcsere a szomszédos karsztvíztesttel előirányzott vízigény biztosítása Jelenlegi vízkivételek Egyszerűsített vízmérleg teszt k.4.1. Dunántúli-khg hideg karsztvíztest m 3 /nap kt.4.1. Nyugatdunántúli termálkarszt víztest m 3 /nap m 3 /nap m 3 /nap (korábban működő karsztforrásokra) m 3 /nap (Hévízi-tóra) m 3 /nap m 3 /nap Vízmérleg m 3 /nap m 3 /nap

23 Fontosabb áramlási pályák és keveredési helyszínek a Hévízi-tó utánpótlódási területén M: Magas hőmérsékletű, (~80 C) vizek Zalai med. felől) 10,9% B1: D-Bakonyból, (Ukk-Zalaszentgrót útvonalon) 38,0% B2: D-Bakonyból, (Várvölgyi medence alatt) 11,5% F: A Zalaszántói tározónál elnyelődő felszíni vizek 11,1% P1: Hideg, porózus szarmata-pannon rétegvizek 3,0% P2: Meleg, porózus szarmata-pannon rétegvizek 2,0% H2: Keszthelyi hegységi hideg-karsztvizek É-felé 10,0% H1:Keszthelyi hegységi hideg-karsztvizek Ny-felé 13,5%

24 T-JAM Thermal Joint Aquifer Management Geotermikus hasznosítások felmérése, a hévízadók értékelése és közös hévízgazdálkodási terv előkészítése a Mura-Zala medencében Operational Programme Slovenia - Hungary szept okt. 31. Partnerek: Nádor A., Uhrin A., Palotás K., Selmeczi I., Fodor L., Tóthné Makk Á., Tullner T., Turczi G., Tóth Gy., Szőcs T., Muráti J., Rotárné Szalkai Á., Koroknai B., Nagy Sz., Babinszki E., Ádámné Incze Sz., Maros Gy., Szabadosné Sallay E., Magyari Á.

25 WP1: Projekt koordináció (Sinergija) Szombathely Sárvár Celldömölk Mesteri WP2: Földtani vízföldtani modell (MÁFI) WP3: Hasznosítás felmérése (Geo-ZS) Vasvár Borgáta WP4: Közös hévízgazdálkodás (Geo-ZS) WP5: Eredmények terjesztése (Sinergija) Moravske Toplice Dobrovnik Zalaegerszeg Kehidakustyány Hévíz Murska Sobota Lenti Maribor Radenci Banovci Lendava Zalakaros Mala Nedelja Bázakerettye Ptuj

26 A fő hévíztartó rezervoárok: pannon homokkövek delta front folyamatos delta progradáció: összeköttetésben álló kiterjedt homoktestek turbiditek különálló homokkő testek egyedi csuszamlások során: gyenge összeköttetés

27 Szlovénia Magyarország Mura Formation Formation Mura Formation Lendava Formation Algyő Formation slope Lendava Formation Formation sand-prone units

28 TWT (s) SP R 4 km Depth (m) Szeizmikus értelmezés 500 delta front: lower boundary is clearly visible, upper boundary should be found on well-logs 1000 delta front 1500 slope 1.5 sandy turbidites sandy turbidites: might be indicated by sharper reflectors within basin-floor deposits; should be validated by well-logs basement

29 m A deltafront homokok aljának (=Újfalui F. alja) elterjedés és mélységtérképe 27 szeizmikus szelvény és 80 fúrás karotázsainak értékelése alapján

30 Hidrogeotermikus adatbázis, vízmintázás ~200 fúrás geotermikus adatai ~5000 kút törzsadatai (modell kalibráláshoz) és ahol vannak vízminőségi adatok 479 kút szűrőzési szakasza 100 m alatt kezdődik és T>25 C mintavételi terv: 24 kút, ezek mintázási lehetőségeinek felmérése (mintázás 2010 tavasz-nyár)

31 Maximum Utilization Capa city Annual Utilization Locality Type Flow Rate Temperature ( o C) Enthalpy (kj/kg) Ave. Flow Energy Capa city (kg/s) Inlet Outlet Inlet Outlet (MWt) (kg/s) (TJ/yr) Factor Moravske Toplice HB 87 61, ,65 29,7 124,5 0,25 Tesanovci G 27, ,16 8,3 11 0,3 Moravske Toplice-Vivat CHB ,56 3,8 14,54 0,3 Murska Sobota, HDiana HB , ,74 0,71 Murska Sobota, Komunala DB 10, , ,54 0,68 Lendava Terme HB ,7 7,6 28,48 0,53 Lendava Town D , ,7 0,37 Mala Nedelja B 22 48,4 27 1, ,3 0,28 Banovci HB 23,5 61,8 15 4, ,9 0,49 Radenci B 6, ,38 1,5 2,77 0,23 Dobrovnik G ,9 2,4 14,6 0,08 Ptuj BH , ,4 0,6 Maribor B 1, ,16 1,5 5,14 1 TOTAL 294,6 38,82 123,8 383,61 0,31 locality with*: not considered in Total numbers TOTAL whole Slovenia 779,1 65,74 320,5 772,66 0,37

32 TABLE 4. GEOTHERMAL (GROUND-SOURCE) HEAT PUMPS AS OF 31 DECEMBER 2009 This table should report thermal energy used (i.e. energy removed from the ground or water) and report separately heat rejected to the ground or water in the cooling mode. Cooling energy numbers will be used to calculate carbon offsets. 1) 2) 3) 4) 5) Report the average ground temperature for ground-coupled units or average well water or lake water temperature for water-source heat pumps Report type of installation as follows: V = vertical ground coupled (TJ = J) H = horizontal ground coupled W = water source (well or lake water) O = others (please describe) Report the COP = (output thermal energy/input energy of compressor) for your climate Report the equivalent full load operating hours per year, or = capacity factor x 8760 Thermal energy (TJ/yr) = flow rate in loop (kg/s) x [(inlet temp. ( o C) - outlet temp. ( o C)] x or = rated output energy (kj/hr) x [(COP - 1)/COP] x equivalent full load hours/yr Note: please report all numbers to three significant figures whole SLOVENIA Locality Ground or Typical Heat Pump Number of Type 2) COP 3) Heating Thermal Cooling water temp. Rating or Capacity Units Equivalent Energy Energy Full Load Used ( o C) 1) (kw) (MWt) Hr/Year 4) ( TJ/yr) (TJ/yr) open loop: water-water 2 to 16 2 to W 2.4 to to 13 average closed loop: ground coupled 0 to 12 3 to H 2.9 to ground coupled 2.5 to 14 2 to V 3 to TOTAL total= W,H,V 2.4 to

33

34 TRANSENERGY Transboundary Geothermal Energy Resources of Slovenia, Austria, Hungary and Slovakia Central Europe Programme április március 31. Partnerek:

35

36 ThermoMap: Area mapping of superficial geothermic resources by soil and groundwater data econtent-plus pályázat, június június 30. vezető partner: University Erlangen-Nunberg

37 Mi van 2500 m alatt?

38 A jövő egyik nagy kérdése: CO 2 elhelyezés vs. geotermia

39 Nagyberény K-5 (1988) A nagyberényi gyógyvíz útja Nagyberény, Oázis panzió Galerius fürdő, Siófok (Nagyberény K-6 )