TAKARÉKOSKODJ A FÖLD ENERGIÁJÁVAL! KÖRNYEZET- és ENERGIATUDATOS ÉPÍTÉSZET Budapest, Kontra Jenő PhD.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "TAKARÉKOSKODJ A FÖLD ENERGIÁJÁVAL! KÖRNYEZET- és ENERGIATUDATOS ÉPÍTÉSZET Budapest, 2012. Kontra Jenő PhD."

Dávid Bogdán
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem AKARÉKOSKODJ A FÖLD ENERGIÁJÁVAL! KÖRNYEZE- és ENERGIAUDAOS ÉPÍÉSZE Budapest, 0. Kontra Jenő PhD.

2 Magyarországon a rendkívül kedvező geotermális adottságok mellett igen csekély mennyiségű a lakás kommunális hőfelhasználás területén működő hőenergia ellátó rendszer. Fejlett fürdő- és gyógyfürdő létesítmények üzemelnek országszerte, sok mezőgazdasági termesztőtelep alaphőellátása geotermális bázisú. A kistelepülési távhőellátás kifejlesztésre vár. Nem teljeskörű a meglévő hévízkutakból nyert energiahordozók hévíz és kísérőgázok energiahasznosítása. A kishőmérsékletű fűtések még mindig nem terjedtek el a hőforrás oldalnak megfelelő mértékben. A tisztán geotermális bázisú hőellátásokat célszerűen át kell alakítani a vízkészlet gazdálkodás követelményei szerint. A legalább 50 C felszíni hőmérsékletű hévízrendszerek és az épületfűtések összeilleszthetők.

Nem teljeskörű a meglévő hévízkutakból nyert energiahordozók hévíz és kísérőgázok energiahasznosítása.

3 VÁROSOK GEOERMÁLIS ÁVHŐELLÁÁSA (007) VÁROS Összes energiahordozó GJ/év Földgáz GJ/év Geotermális energia GJ/év Csongrád Hódmezővásárhely Nagyatád Szigetvár Szeged Szentes Összesen = 07,77 J/év Összes kazános távhő felhasználás: GJ/év ebből földgáz: GJ/év (80,5%) ávhő összesen: 5 PJ/év (4,5 földgáz)

7 58 5 37 Szeged 457 94 436 49 0 70 Szentes 04 358 5 063 89 95 Összesen 07 77 = 07,77 J/év Összes kazános

4 A.) Meglévő távfűtési rendszer fosszilis energia ellátással geotermális alaphőellátással. Kazántelepi csúcshőellátás- Épületek változatlan épületfizikai állapotban. A/. Meglévő távhőrendszer konvekciós hőleadókkal, a szekunder rendszer meghagyásával: csúcshőtermelő szükséges, nincs épület fogyasztói hőigényváltozás, nagy teljesítményű, a névleges hőigényeket önmagában is kielégítő hévízmű esetében is szükséges a kazántartalék kapacitás. Előnye: a csúcshőtermelő éves energiahordozó felhasználása csekély mennyiségű, az éves energia költség kisebb, mint a tisztán fosszilis energiával üzemelő rendszer esetén.

Meglévő távhőrendszer konvekciós hőleadókkal, a szekunder rendszer meghagyásával: csúcshőtermelő szükséges, nincs épület fogyasztói hőigényváltozás,

5 B.) A meglévő épületek épületfizikai javításával kisebb hőigények, tisztán geotermális hőforrás oldal is elegendő lehet. B/. Épületek felújítása után hőeladók cseréje vagy régi szekunder rendszer, mesterséges szellőzés létesítése, állagvédelem, ha változik a hőmérséklet lépcső f i n t t Q Q t, 60 r vagy kisebb előremenő hőmérséklet: 60 Δ exp 60 Δ exp Δ,, n w n w w f Q Q t Q Q t t t

Épületek felújítása után hőeladók cseréje vagy régi szekunder rendszer, mesterséges szellőzés

6 . Q rel % 90/70 C rendszer Csúcs t = 80, Q = 50% t cs t = 70, Q = 00% t cs Csúcs t k z G órai ( C, h/a ) , t =+ h 5 0 t k

k z G órai ( C, h/a ) 300 000 5 60 00 000 64 60 00 000

7 Előnye: kevés csúcshőigény, fosszilis energia költségmegtakarítás, környezetvédelmileg kedvezőbb (zárt rendszerrel). A/. A fogyasztói oldal épületfizikailag változatlan szekunder oldalon a hőleadók bővíthetők, szekunder oldali fizikai felújítás, csúcshőtermelő igénybevétele. t n=.4 n=.8 n=.3 n= ,,4,6,8,,4,6,8 3 F/F o

A fogyasztói oldal épületfizikailag változatlan szekunder oldalon a hőleadók

9 A geotermális energia Belső energia áramlása: földkéreg, köpeny és mag tömege által tárolt hő hőáram a felszín felé. Legnagyobb hazai hő- és víztároló kőzet (homokkő) fajhője 0,855 kj/kgk Fluidumbányászat mélyfúrású kutakból. Intenzív földi hőáram az Alföldön: q = 60 mw/m helyett kb mw/m Geotermális gradiens: gg d dz q q n i H i i n o H i = a rétegek vastagsága i = hővezetési tényező Rétegeken belül állandó a hőáram és lineáris a hőmérséklet eloszlás: 3 q o 3 H H H 3

Intenzív földi hőáram az Alföldön: q = 60 mw/m helyett kb.

10 Alföld: Gyorsan süllyedő, üledékes fiatal medence instacioner hővezetés: t U z cz Hőmérsékleteloszlás: cu q o o e cu A geotermális gradiens nem állandó: d dz q o e cu z A földi hőáram a mélységgel nő: q q e o cu z Zárt tároló termikus állapota: hőmérséklet nyomás m dt Vdp állandó termeltetés az időfüggvényében M V p p a rezervoár tárolóképessége úlnyomásos zárt tárolóból rugalmas tágulással p -p nyomáscsökkenés hatására kitermelhető az M folyadéktömeg.

termikus állapota: hőmérséklet nyomás m dt Vdp állandó termeltetés az időfüggvényében M V p p a rezervoár

11 Önnyomású kútból termelve: Kúttalpon a nyomás: v p pkf g H h g, veszteségmagasság: h, H v D g termelőcső Ha p nem elég kis nyomás: Működtető vezeték SZABÁLYOZÁS ÉS VEZÉRLÉS Frekvencia szabályozó "PC" SYSEM -adatgyűjtés -tárolás -vezérlés -szabályozás (irányítás) ÖMBFŰŐMŰ- I. DISZPÉCSER KÖZPON ELEKON rendszer Előnyei: megnövelt térfogatáram, nagyobb kútfejhőmérséklet, szabályozott termelés, biztonságos termelés. Hátrányai: villamos energia igény, korlátozott szabályozhatóság, meghibásodási lehetőségek. Érzékelő (jelző) vezeték rádiófr. jelátvitel rádiófr. jelátvitel ELEKON rendszer ÖMBFŰŐMŰ- II. rádiófr. jelátvitel ELEKON rendszer GEOERMIKUS HŐKÖZPON

DISZPÉCSER KÖZPON ELEKON rendszer Előnyei: megnövelt térfogatáram, nagyobb kútfejhőmérséklet, szabályozott termelés, biztonságos termelés.

12 Felsőpannon rétegekben: UÁNPÓLÓDÓ ZÁR ÁROLÓ a kitermelt mennyiség függ az utánpótlódás intenzitásától, optimális kitermelést kell elérni, kedvezőtlen, ha lehűlt víz áramlik be a víz-gőz keverékkel töltött tárolóba. A megnyitott tárolóra vonatkozó tömeg mérleg: t p V m m. = porozitás = kompresszibilitás az utánpótlódást adó tárolóra: t p V m. a két tárolót összekötő térben a nyomásesés: m c p p A kitermelhető mennyiség: (t idő alatt) p p S e S c S S S t S S S m M o S cs S S

A megnyitott tárolóra vonatkozó tömeg mérleg: t p V m m.

13 0,30 P nyomás [ MPa] 0,0 SZENES Városi Szolgáltató KF II.sz. termálkútjának felszini vízhozamgörbéi , , Q vízhozam [ m3/h]

14 ERMELŐ KÚ ÖNNYOMÁSÚ MESERSÉGES ERMELEÉSŰ VÍZKEZELÉS ÁMENEI ÁROLÓ OVÁBBÍÁS HŐCSERÉLŐ SZEKUNDER KÖR VÍZKEZELÉS FELSZINI VÍZELHELYEZÉS ÁMENEI ÁROLÓ VÍZVISSZASAJOLÁS KÖZVEE RENDSZERŰ NYIO HÉVÍZRENDSZER BLOKKSÉMÁJA

VÍZKEZELÉS FELSZINI VÍZELHELYEZÉS ÁMENEI ÁROLÓ

15 HÉVÍZVISSZASAJOLÁS Konvekciós fűtés Felsőpannon réteg: A hévíz kőzetmátrixban párhuzamos áramlás van. ermelőkút és besajtoló kút azonos térfogatáramú. Koordinátarendszer a síkáramlás sebességével egyező x irányban. l távolságra a két kút. A komplex potenciálok: Nagy hőmérsékletű szakasz max Nagy sebeségű áramlás min Kis hőmérsékletű szakasz Kishőmérsék sugárzó fűtés Q Q W q x z ln z l lnz l Vízadó réteg P max 000 m párhuzamos forrás nyelő áramlás Cél: sebességi mező és áramvonalak y 0 zérus áramvonal (Cassini görbe) A két áramlási tartomány nem keveredik. a a +Q -Q m m = 0 x m = m = const.

A komplex potenciálok: Nagy hőmérsékletű szakasz max Nagy sebeségű áramlás min Kis hőmérsékletű szakasz Kishőmérsék sugárzó fűtés Q Q W q x z ln z l

16 Előnyei: - a rezervoárban nincs nyomáscsökkenés, - csekély a kőzet lehűlése, -a kőzetváz hőjét is kitermeli, - nincs a felszínen hévízszennyezés, - azonos vízadó rétegbe jut vissza a lehűlt fluidum. Hidrodinamikailag zárt tároló. ermodinamikailag kvázi zárt tároló. Eltérések lehetnek: - nem azonos termelt és visszasajtolt vízmennyiség, - több kutas rendszer, - időben változó termelés, üzemvitel. Speciális eset: Más rétegbe történő visszasajtolás: (pl. Szentes városi II. hévízkút)

17 ávhőrendszerek korszerűsítése meglévő kapcsolt energiatermelések bővítésével, hatékonyság növelésével, kapcsolt energiatermelés megújuló energiaforrásokkal, ipari hulladékhő helyett gázmotoros erőtelepek létesítésével. kapcsolt energiatermelés létesítésével, távfűtések létesítésével. Stratégiai cél: megújuló energia termelés bővítése, energia hatékonyság növelése, energia biztonság fokozása, fosszilis energiahordozó felhasználás csökkentése, önkormányzati tulajdonú épületek energia felhasználásának csökkentése.

kapcsolt energiatermelés létesítésével, távfűtések létesítésével.

20 Előnyei: - a rezervoárban nincs nyomáscsökkenés, - csekély a kőzet lehűlése, -a kőzetváz hőjét is kitermeli, - nincs a felszínen hévízszennyezés, - azonos vízadó rétegbe jut vissza a lehűlt fluidum. Hidrodinamikailag zárt tároló. ermodinamikailag kvázi zárt tároló. Eltérések lehetnek: - nem azonos termelt és visszasajtolt vízmennyiség, - több kutas rendszer, -időben változó termelés, üzemvitel. Speciális eset: Más rétegbe történő visszasajtolás: (pl. Szentes városi II. hévízkút)

21 Hőhasznosítások 4 ermelő kút Visszasajtoló kút 3 Entrópia szemlélet

22 p hő bevezetés p 3 p p 4 hő elvezetés s Egyszerüsített körfolyamat

23 Az entrópia szemlélet hátrányai: Carnot körfolyamattal lehet közelíteni a zárt körfolyamatot az entrópia növekedéseket nehéz pontosan megállapítani nehéz a mennyiségi veszteségeket kimutatni folyamatábra nem rendelhető hozzá a gyakorlat számára nehezen kezelhető Az exergia személet Nem állapotjelző, a közeg tényleges állapotán kívül az értelmezési hőfokszínttől is függ, adott nagyságú hő (belső energia) annál értékesebb, minél nagyobb hőfokszínten áll rendelkezésre.

24 állandó nyomáson: a közölt hő a közeg entalpiaváltozásával egyenlő Exergia: Anergia: q h s h e s h a

25 Célunk: a geotermális primer körben minél nagyobb rész exergia álljon rendlelkezésre. Definició szerint az entalpia változás: dh deda de ds k ahol e = fajlagos exergia a = fajlagos anergia k = környezeti hőmérséklet A differenciális exergiaváltozás: de dh k ds

26 A kaszkád kapcsolásoknál a hőcserélőben lejátszódó folyamat primer közeg exergiaáramának csökkenése: (állandó nyomás) szekunder közeg exergiaáramának növekedése: Exergiaveszteség: Nagyobb hőmérsékleten kisebbek az exergiaveszteségek. Nagyobb hőmérséklet különbségek engedhetők meg. Q d E d K Q d E d K Q d d E d E E d K dq de K

27 Geotermális fluidum t = 00 C kf I. Mechanikai munkává átalakítható rész ( = C között) Kútfojtás ávvezetéki veszteség Hőátadási veszteség a fűtésnél Elfolyó hévíz veszteség (30 C alatt ) II. Hasznos fűtési hőenergia Exergia folyamábra Veszteségek ( hőátadás ) Mechanikai munkává átalakítható (ennek egy része lehet villamos energia)

28 ávhő csúcsigény: MW 400kW Csúcs 350 kw Alaptermelés 500 kw HMV 50 kw Villamosáram 0kW Kazán =90% 300kW 00kW 50kW Gázmotor =75-80% ~ Földgáz Hőszivattyú 00 kw 00kW Gázmotor =90% CH 4 CH 4 Csurgalékvizek

Hasonló dokumentumok

A geotermikus energiában rejlő potenciál használhatóságának kérdései. II. Észak-Alföldi Önkormányzati Energia Nap

A geotermikus energiában rejlő potenciál használhatóságának kérdései II. Észak-Alföldi Önkormányzati Energia Nap Buday Tamás Debreceni Egyetem Ásvány- és Földtani Tanszék 2011. május 19. A geotermikus