SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR KÖZMŰ- ÉS MÉLYÉPÍTÉSI TANSZÉK ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY SZAKDOLGOZAT

Átírás

1 SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR KÖZMŰ- ÉS MÉLYÉPÍTÉSI TANSZÉK ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY SZAKDOLGOZAT A GEOTERMIKUS ENERGIA FELHASZNÁLÁS HELYZETE HAZÁNKBAN LISTÁR NIKOLETT ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY

2 Tartalomjegyzék Bevezetés A geotermikus energia A geotermikus energia meghatározása és fogalma Geotermikus energia kinyerés jogi háttere A geotermikus energia felhasználási területei Geotermikus energiahasznosítás formái felhasználó szerint A geotermikus energia egyedi hasznosítása A geotermikus energia ipari hasznosítása A geotermikus energia kitermelésének műszaki megoldásai A geotermikus energia hasznosítása felszínközeli rétegekből Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül hőszivattyú segítségével Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével hőszivattyú segítsége nélkül Geotermikus energia hasznosítása mélyen elhelyezkedő rétegekből Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével és visszasajtolásával Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül Magyarország jelenlegi geotermikus energia felhasználása Magyarország földtani adottságai Geotermikus energia alkalmazási módjai napjainkban Magyarország Európai Uniós vállalása a megújuló energia felhasználás terén A geotermikus rendszerekhez igénybe vehető támogatások A geotermikus energia a köztudatbam Egy családi ház geotermikus energia felhasználása Épületenergetikai számítások Az épület rendeltetésének és az ehhez tartozó alapadatok és követelmények meghatározása Alapadatok Geometriai adatok A fűtött légtérrel érintkező felületek meghatározása

3 Külső falak hőhídjainak és hőveszteségeinek meghatározása Talajon fekvő padló vonal menti hőátbocsátási tényezője, és a vonal menti hőveszteség meghatározása Az épület szerkezetének besorolása Direkt sugárzási nyereség meghatározása a fűtési idényre Felület/ térfogatarány meghatározása Követelmények meghatározása Fajlagos hőveszteség-tényező tényleges értékének meghatározása A fűtés éves nettó hőenergia igénye A fűtési rendszerrel biztosítandó nettó fűtési energiaigény fajlagos értéke Fűtés primerenergia igénye A melegvízellátás primerenergia igénye Az összesített energetikai jellemző meghatározása Energetikai minősítési osztály meghatározása Jelenlegi fűtési rendszer adatai A téli hőveszteség Hőszivattyú kiválasztása Összefoglaló Függelék

4 Bevezetés A XXI. század egyik legnagyobb problémája, a szükséges energia biztosítása az emberiség számára. A népesség növekedésével és a technika fejlődésével az energia szükséglet ugrásszerűen megnőtt az elmúlt években. Ezt az igényt egyre nehezebben tudjuk kielégíteni. A világ energiatermelésének igen magas százalékát még ma is a fosszilis energiahordozók adják, melyeket a földtörténeti ókorból származó növényi és állati eredetű ásványi anyagok, szén, olaj és gáz elégetéséből nyernek. Ezek az energiaforrások nem kiapadhatatlanok, véges készlettel rendelkezünk belőle. Nem elhanyagolandó az a tény sem, hogy a kőszén, a kőolaj és a földgáz elégetése üvegházhatást kiváltó égéstermékeket (elsősorban CO 2 ), valamint egyéb, a környezetre ártalmas anyagokat (pl. CO, NOx, SO 2 ) bocsát ki a környezetünkbe. A föld népességének és - ezzel egyidőben - az energia szükséglet növekedésével nem tudunk lépést tartani. Lassan de biztosan, a tendencia abba az irányba mutat, hogy nem lehet gazdaságosan felszínre hozni a szükséges szenet, olajat és gázt. Olyan mélységben lesznek ezek az ásványi anyagok, hogy kitermelésük után, a fogyasztók számára megfizethetetlenné fog válni. Más energiaforrásokat kell felkutatni és alternatív megoldást kell alkalmazni az energia igények kielégítésére. A legkézenfekvőbb, amivel nap, mint nap mi is találkoznunk és mindenhol jelen van, a nap és a szél, amelyek folyamatosan képesek energiát szolgáltatni és forrásuk hosszú távon biztosított. Folyamatos energiát képes biztosítani és kiapadhatatlannak tűnik. Ezeknél az alternatív energiaforrásoknál nagyon fontos megjegyezni, hogy olyan helyre nincs értelme szélerőművet építeni, ahol a szél szinte alig fúj. Természetesen ez igaz a napkollektorra is, olyan helyre nem építhető ki gazdaságosan, ahol kevés a napsütéses órák száma. Hazánk a fent említett két megújuló energiaforrás szempontjából igen előnyös helyen fekszik. Magyarországon a napsütéses órák száma óra/év (földrajzi fekvéstől függően), vagyis jobb adottságokkal rendelkezik, mint Hollandia, Dánia, Németország vagy Ausztria, melyek ma vezető helyen vannak a napenergiahasznosítás terén

5 Magyarország európai viszonylatban mérsékelten szeles terület, az átlagos földfelszíni szélsebesség 3-5 m/s körül mozog. Az ország nyugati felében, főleg a Pozsony melletti hegyek által formált ún. dévényi szélkapuban, továbbá nagy vízfelületek közelében alakulnak ki jelentős szelek, melyek elérik, vagy meghaladják a szélenergia gazdaságos hasznosításához szükséges 6 m/s-os sebességet. 2 Ezeken kívül van még egy olyan energiaforrás, melyből hazánk még az előzőeknél is gazdagabb és ez az energiaforrás még kiaknázatlan. Ez a geotermikus energia. Azért is választottam diplomamunkámnak ezt a témát, mert Magyarországon egyelőre még nem terjedt el olyan nagymértékben ezen energia felhasználása lakossági körben. Szeretném felhívni mások figyelmét arra, hogy milyen hatalmas kincs birtokában vagyunk és ez csak egy karnyújtásnyira van tőlünk. Listár Nikolett Építőmérnök hallgató - 5 -

6 1. A geotermikus energia 1.1. A geotermikus energia meghatározása és fogalma A "geotermikus" kifejezés görög eredetű szó, jelentése: földi hő, a földkéreg belső energiája. A geotermikus energia a Föld belső hőjéből származó energia. A Föld belsejében lefelé haladva kilométerenként átlag 30 C-kal emelkedik a hőmérséklet. 3 A geotermikus energiahordozók azok a különböző halmazállapotú anyagok (pl. felszín alatti vizek, gőzök), melyek a földkéreg belső energiájának hőenergetikai célú hasznosítását, kitermeléssel vagy más technológia alkalmazással lehetővé teszik. 4 A föld hőjét a földkéreg különböző rétegei vezetik a magma belsejéből a felszín felé. A kőzetek milyensége és a rétegek vastagsága befolyásolja a föld hőjének felszínre jutását. Magyarország igen szerencsés helyzetben van, ritka jó tulajdonságokkal rendelkezik. Mivel a Kárpát-medence talaja üledékes, víztározó porózus kőzetekből áll, - ami történetesen igen jó hővezető - ezért egyszerűbb a geotermikus energiát kinyerni a földből. A földhő keletkezése A geotermikus energia a Föld belsejében lévő hőből nyerhető ki. Különböző radioaktív anyagok bomlása illetve a Föld keletkezése folyamán jön/jött létre az a hő, amiből az energia előállható. A felszín felé áramló magma legtöbbször nem tör fel, hanem a Föld magjában és köpenyében melegíti fel a kőzetek pórusaiban és repedéseiben található folyadékokat. Kutak fúrásával lehet elérni, hogy a forró folyadék illetve gőz a felszínre jusson. Ezt a felszínre kerülő hőt használják ki az erőművek és állítanak elő elektromos áramot. A geotermikus energia jellemzően szubdukciós zónákban 5, középóceáni hátságokban 6 és olyan területeken halmozódik fel nagyobb mennyiségben, ahol az átlagosnál vékonyabb a földkéreg. Magyarország az utóbbi kategóriába tartozik, mivel a Pannon-medence kialakulása a során a litoszféra és vele együtt a földkéreg elvékonyodott. Ennek következtében a köpeny közelebb került a felszínhez (24-28 km). A geotermikus energia a nemzetközi osztályozás szerint a 4 megújuló energiaforrás közé sorolandó. Alapvetően a Föld belsejétől sugárzott hő kimeríthetetlen és becslések szerint 42 millió megawatt (mw) 7 energiával - 6 -

7 egyenértékű. Ezen kívül a geotermikus energia nagy előnye, hogy nem kell tüzelő- illetve fűtőanyagot használni az előállítása során és nem jár szennyezőanyag kibocsátással, mindössze vízgőz permet képződik. Ezen tulajdonságoknak köszönhetően bármilyen környezetben sikeresen tud működni egy geotermikus erőmű. A geotermikus energia a hőforrásból, földalatti víztárolókból és földalatti kőzetekben található termálvízből álló geotermikus rendszerekben halmozódik fel víz- illetve hőkészletek formájában. 8 A gőz és forró víz az áteresztő és lyukacsos kőzetrétegben gyűlik össze a nem-áteresztő kőzetréteg alatt. Ez a természetes módon kialakuló vízgyűjtő a geotermikus víztároló, melyet az 1. ábra szemléltet. Az ilyen vízgyűjtők belső hőmérséklete a forráspont több mint háromszorosát is elérheti (370 C). 1. ábra Geotermikus tározó - 7 -

8 1.2. Geotermikus energia kinyerés jogi háttere - Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermelése nélkül - Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermeléssel - Termálvízkút vízjogi létesítési engedélyezési eljárása Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermelése nélkül évi XLVIII. Törvény a bányászatról,- foglalja magába a geotermikus energia kutatásának, kinyerésének és hasznosításának szabályait. Tudni kell, hogy az ásványi nyersanyagok és a geotermikus energia természetes előfordulási helyükön állami tulajdonban vannak, de a bányavállalkozó által kitermelt ásványi nyersanyag a kitermeléssel és utána energetikai célokra kinyert geotermikus energia, a hasznosítással, a bányavállalkozó tulajdonába megy át.[3. (1)] A geotermikus energia kinyerését és hasznosítását, valamint az ehhez szükséges külön jogszabályban meghatározott földalatti és felszíni létesítmények megépítését és használatba vételét, ha a tevékenység nem vízjogi engedély köteles a bányafelügyelet engedélyezi. [5. (1) g)] A mostani jogszabályok értelmében a kitermelt ásványi nyersanyag és geotermikus energia után az államot részesedés, bányajáradék illeti meg, ezt a 20. részletezi. Érdekesség képen említem meg, hogy nem kell bányajáradékot fizetni a 30 o C-ot el nem érő energiahordozóból kinyert geotermikus energia után, valamint a kitermelt geotermikus energia 50%-ot meghaladóan hasznosított mennyisége után. Zárt területen a geotermikus energia kutatásának, kinyerésének és hasznosításának engedélyezésére a szénhidrogén-bányászat engedélyezésére vonatkozó sajátos szabályokat kell megfelelően alkalmazni. A geotermikus energiát kinyerni a földkéregből csak az e célra elhatárolt részből (geotermikus védőidom) szabad. A geotermikus védőidomot a bányafelügyelet jelöli ki. Nyílt területen a geotermikus energia kinyerése és hasznosítása nem vízjogi engedély köteles akkor bányafelügyelet hatáskörébe tartozó, építményfajtákra vonatkozó külön jogszabályi rendelkezéseit kell alkalmazni. A természetes felszíntől mért 20 méteres mélységet el nem érő földkéregből történő geotermikus energia kinyerés - 8 -

9 és hasznosítás nem engedélyköteles. Ez a rendelkezés nem mentesíti a tevékenységet végzőt a más jogszabályban előírt engedélyek megszerzése alól. [22/B. ] A törvénybe foglaltak nagy része február.23.-a óta hatályos. Ezen törvények a geotermikus energiát hívatott védeni. Geotermikus energia kinyerése termálvíz kitermeléssel A felszín alatti és a felszíni vizek kitermeléséről, gazdálkodásáról, kutatásáról és feltárásáról évi LVII. törvény rendelkezik. Itt is, mint ahogy az előzőekben olvashattuk, az állam kizárólagos tulajdonában vannak a felszín alatti vizek és azok természetes víztartó képződményei.[6. (1)a] A felszín alatti vizet, csak olyan mértékben szabad igénybe venni, hogy a vízkivétel és a vízutánpótlás egyensúlya minőségi károsodás nélkül megmaradjon. Az ásvány-, gyógy-, és termálvizek felhasználásánál előnyben részesítik gyógyászati, illetve a gyógyüdülési használatot. A kizárólag energia hasznosítás céljából kitermelt termálvizet vissza kell táplálni. A vízügyi hatóság szeptember 30-án jogerős vízjogi üzemeltetési engedéllyel rendelkező, energia hasznosítási célú termálvíztermelés esetében kérelemre engedélyezheti a visszatáplálás mellőzését. [15. ] Vízjogi engedély szükséges a vízimunka elvégzéséhez, vízilétesítmény megépítéséhez, átalakításához és megszüntetéséhez, valamint a használatbavételéhez, az üzemeltetéséhez, illetve minden vízhasználathoz (üzemeltetési engedély). Környezeti hatásvizsgálat köteles-, a felszín alatti vizek igénybevétele egy vízkivételi objektumból vagy objektumcsoportból 5 millió m 3 /év vízkivételtől és a vízbesajtolás felszín alatti vízbe 3 millió m 3 /év víz bejuttatásától, amit a 314/2005.(XII.25) Korm. rendelet A környezeti hatásvizsgálati és az egységes környezethasználati engedélyezési eljárásról szóló szabályozásban található meg

10 A felügyelőség döntésétől függően környezeti hatásvizsgálat köteles tevékenység a felszín alatti vizek igénybevétele, ha egy vízkivételi objektumból vagy objektumcsoportból a napi vízkivétel: - talajvízből 1000 m3-t - termál karsztvízből 500m3-t - rétegvízből 5000 m3-t - hideg karsztvízből 2500 m3-t - parti szűrésű vízből 5000 m3-t - termál rétegvízből 2000 m3-t - forrásvízből a mindenkori forráshozam 33%-át és 50 m3-t meghaladja (ha nem tartozik az első mellékletbe) Környezeti hatásvizsgálat kötelesek az alábbi tevékenységek: - geotermikus erőmű 20 mw villamos teljesítménytől: ásvány- gyógy- és ivóvízbázis védőövezetén, védett természeti területen méretmegkötés nélkül - mélyfúrás, kiépített fúrólétesítménnyel 650 m fúrási mélységtől vízbázis vagy védett természeti területen - vízbesajtolás a felszín alatti vízbe A következő rendeletbe foglaltak, a felszín alatti vizeinket hívatott védeni 219/2004.(VII.21) Korm. rendelet. Termálvízkút vízjogi létesítési engedélyezési eljárása A vizek hasznosítását, védelmét és kártételeinek elhárítását szolgáló tevékenységekre és létesítményekre vonatkozó általános szabályokat a 147/2010. (IV. 29.) Korm. rendelet foglalja magába. A felszín alatti víz energetikai célú kitermelése, fűtés, hűtés vagy elektromos energiahasznosítás céljából, annak hőmérsékletétől függetlenül lehetséges.[2. ] A kizárólag energetikai célú kitermelést úgy kell tervezni, telepíteni, kialakítani és üzemeltetni, hogy hatásuk ne érintse károsan a források és a karsztforrások hozamát és hőmérsékletét. A felszín alatti vizet a hasznosítást követően ugyanazon vízadó rétegbe kell visszatáplálni. A termálvíz gyógyászati, egyéb egészségügyi, továbbá ivóvíz, ásványvíz, fürdővíz, használati melegvíz, hőellátási és villamosenergia-előállítási célra

11 hasznosítható. A termálvíz-hasznosítás tervezésénél a többcélú, ismételt és víztakarékos felhasználásra kell törekedni. Vizsgálni kell az esetleges kísérő gázok hasznosításának lehetőségét is. Termálvízmű telepítésekor a hasznosításból kikerülő termálvizek ártalommentes elvezetéséről, elhelyezéséről, különösen visszatáplálásáról gondoskodni kell. A termálvízkút telepítése során a felszíni befogadó kiválasztásánál a környezetvédelmi szempontok mellett a vízkészlet-utánpótlási viszonyokat is figyelembe kell venni. A használati melegvíz ellátás céljából kitermelt termálvizet házi vízelosztó rendszerbe csak akkor lehet vezetni, ha az ivóvíz minőségi követelményeiről és az ellenőrzés rendjéről szóló kormányrendeletben meghatározott minőségi követelményeknek megfelel.[10. ] 1.3. A geotermikus energia felhasználási területei A geotermikus energiát sokféle célra lehet használni, mint például: - hűtés-fűtés - elektromos áram előállítás - gyógyítás (balneológia) - ipari és magán célú felhasználás - mezőgazdaság A fentiekben csak néhány példa került megemlítésre arra vonatkozóan, hogy mire is lehet használni a geotermikus energiát. Természetesen ennél jóval több felhasználási terület létezik. Többféle csoportosítási mód áll rendelkezésünkre, ilyen lehet például: a felhasználási hőmérséklet, a kitermelés módja illetve felhasználó szerint csoportba sorolás. Minket inkább, az infrastrukturális fejlesztésben megbúvó fejlesztések érdekelnek. Központi helyen kell megemlíteni azt a nagyon fontos tényt, hogy a geotermikus energiának nincs vagy igen elhanyagolandó a káros anyag kibocsátása. Ezzel szemben a fosszilis energiahordozók, valamint atomenergia segítségével előállított egyéb energiaszolgáltatás - legyen az, elektromos áram vagy melegvíz - igen magas a környezetre gyakorolt káros hatása. Nagy mennyiségű veszélyes hulladék keletkezik alkalmazásuk következtében, melyet nem lehet a végtelenségig a föld alá söpörni

12 Amíg a fosszilis energia készletek nem kimeríthetetlenek, addig a geotermikus energia folyamatos ellátás biztosít számunkra, a földkéregben mindenütt jelenlévő és kifogyhatatlannak mondható. Magyarország területi elhelyezkedése nagyon szerencsés, kis mélységben már rendelkezésre áll ez a kincs. Gazdaságosan felszínre lehet hozni és egyéb beavatkozás nélkül lehet hasznosítani. 2. Geotermikus energiahasznosítás formái felhasználó szerint Két nagy csoportot tudunk elkülöníteni egymástól: - egyedi - ipari 2.1. A geotermikus energia egyedi hasznosítása A 60-as évekig Budapesten kívül a következő városokban volt vezetékes gázellátás, többségében szén, kisebb mértékben szénhidrogén (földgáz) bázison: Miskolc, Debrecen, Pécs, Szeged, Eger, Székesfehérvár, Szombathely, Sopron, Baja, Hajdúszoboszló, Nagykanizsa, Dunaújváros. A kisebb városokban, falvakban jellemzően fával és szénnel fűtöttek. Később a 80-as, 90-es években kezdődött az ország fölgázzal történő ellátása. A cél az volt, hogy az akkor még olcsó gázt Magyarország minden eldugott kis településére is eljuttassák, mellyel fűtött és meleg vizet állított elő a lakosság. Mostanra nyilvánvalóvá vált, hogy annyira nem is olcsó, sőt néha még az ellátás is csak akadozva jut el hazánkba, egyéb politikai ellentétek miatt. Felmerül a kérdés, hogy vajon miért nem használjuk ki a természet adta lehetőségeinek? A geotermikus energia leggyakoribb hasznosítási módja a lakossági, kommunális, létesítmények fűtése, illetve használati melegvíz előállítása, amelyet a komplett hasznosítás megfelelő hőmérsékleti szintjén célszerű igénybe venni.(1. táblázat.)

13 Csoportosítás Fűtővíz Hasznosító Felhasználás hőmérséklet szerkezetek Fogyasztás jellege Hőmérsékleti szint Folyadékáram I hagyományos konvekciós épületfűtés fűtőtestek II épületfűtés konvekciós és csúcstermelő sugárzó III csökkentett fűtőtestek növ.fel.konv. hőmérs. fűtés sugárzó IV használati fűtőtest hőcserélő 24 melegvíz órás tárolóval V termelés helyiség fűtés sugárzó fűtőtest VI zuhany közvetlen közvetlen felhasználás VII vízellátása medencék közvetlen vízellátása felhasználás 1.táblázat Hasznosítási módok üzemi hőmérsékletei Forrás: A geotermikus energia ipari hasznosítása változó változó változó állandó változó változó állandó állandó állandó állandó állandó állandó változó állandó Az ipari hasznosításon belül kiemelkedő helyet foglal el a mezőgazdaság. Az összes felszínre hozott termálenergiának közel 60%-át, a fűtési célra szolgálónak közel 80 85%-át ez az ágazat hasznosítja. A geotermikus energia mezőgazdasági hasznosítása az alábbi területeken képzelhető el: - Üvegházak fűtése-hűtése (2. ábra) - Hajtató berendezések fűtése - Állattartó telepek fűtése - Halastavak fűtése (3. ábra) - Terményszárítás 2. ábra 3. ábra Forrás: Forrás:

14 A növénytermesztő telepek hőellátása a hazai termálvíz hasznosítás legnagyobb területe. Termálvíz-fűtési rendszereknél, ahol rendelkezésre áll a termálvíz, mint hőhordozó, a termesztő telep egy részét növényházak, másik részét kiegészítésként fóliasátrak alkotják. A növényház-fóliasátor építési arányt két tényező határozza meg: a termesztő telep agrotechnikai feladata (vagyis milyen növényből, mennyit termelnek) és a rendelkezésre álló termálvíz hőmérséklete és mennyisége. Hőenergetikailag a fóliasátrakat az elfolyó termálvíz, tehát az egy vagy több hőlépcsőben a növényház fűtésén már átment és részben lehűlt víz hasznosításával fűtik. A geotermikus energia hasznosításának másik nagy területe a terményszárítás lehet minden olyan esetben, amikor megfelelő mennyiségű és C hőmérsékletű melegvíz elegendő az adott termék teljes, vagy részszárításához. Zöldtakarmányok szárítása (főleg a lucernafélék) termálvízbázison meleg levegős üzemmel valósítható meg. A forró levegős szárítás esetében a termálvíz önmagában csak előszárítási funkciókra alkalmas, amivel a magas hőmérsékletű szárítóknál is jelentős tüzelőanyag megtakarítást tesz lehetővé. A termálvíz kedvezően alkalmazható a kishőmérsékletet igénylő szemes termény és fűszerpaprika szárítóknál is. Az élelmiszeripari szárítási folyamatok általában 100 C hőmérséklet feletti tartományban mennek végbe. Vannak azonban alacsony hőfokon végezhető szárító-érlelő eljárások, ahol a termálvíz adta lehetőségek jól és gazdaságosan hasznosíthatók (például a szalámi-és kolbászfélék szárítása alacsony hőmérsékletű érlelési eljárást igényelnek). Alacsony hőfokú szárítva-tárolásra hasznosítható a termálvíz a tojások tartósítására is. Itthon egyáltalán nem használják a geotermikus energiát villamosenergiatermelésre, egyelőre csak tervek vannak. Európában már számos országban alkalmazzák a geotermikus-villamos erőműveket elektromos áram előállításra. (2. táblázat)

15 Országok Olaszország 810,5 810,5 Portugália 30,0 31,0 Franciaország 15,0 17,2 Ausztria 8,2 8,2 Németország 1,2 1,2 Összesen: 864,9 868,1 2. táblázat Geotermikus villamos-energia termelés az EU országaiban (mw) Forrás: Ez lehet a jövő megoldása a fosszilis és az atomenergia kiváltására. A geotermikus erőművek elvben nagyon egyszerűen működnek. A 4-5 kilométerrel a földfelszín alatt lévő forró kőzetre hideg vizet engedve gőz fejlődik, ami turbinákat hajtva áramot és hőt termel, vagy a földfelszínre kell vezetni az ott meglévő hőt vagy a forró vizet. Fő előnye, hogy tiszta, nem emittál nagy mennyiségben mérgező és/vagy üvegházhatást okozó gázokat, valamint levegőben lebegő részecskéket. (1 mw geotermikus erőmű = m 3 földgáz megtakarítás= 200 tonna/év CO 2 kibocsátás csökkenés!) Fajlagos költségszerkezetet mutatja a 3. táblázat. A beruházás elemei Megoszlás % hőcserélők, szivattyú, szerelvények stb. 20 turbina, generátor, szerelvények 15 kondenzátor,hűtőtorony,szivattyú, szerelvényeik, vízkezelés 15 termálvízkör működtetése 3 műszerek, vezérlések, tűz,- és villámvédelem 21 közvetett költségek táblázat Fajlagos költség szerkezet A geotermikus energia villamosenergia-termelés célú hasznosításának főbb technológiái: - szárazgőz erőmű (4. ábra): a föld mélyébe fúrt geotermikus kútból forró gáz tör fel, amit turbinára vezetve generátorokat hajtanak meg, ezek pedig áramot termelnek

16 4. ábra Szárazgőzös erőmű működési ábra - kigőzölögtető vagy nedves gőzerőmű (5. ábra): a föld mélyébe fúrt geotermikus kútból forró víz tör fel, amit gőzzé alakítanak át. A gőzt turbinára vezetve generátorokat hajtanak meg, ezek pedig áramot termelnek. Amikor a gőz lehűl, vízzé alakul vissza, es ezt visszasajtoljak a földbe. A legtöbb geotermikus erőmű ezzel a technológiával épült. 5. ábra Kigőzölögtető vagy nedves gőzerőmű működési ábra - kétkörös geotermikus erőmű (6. ábra): számos geotermikus terület akad, amely nem elég forró ahhoz, hogy a fenti két technológiát alkalmazni lehessen. Ilyen esetben kétkörös erőmű segítségével még mindig van lehetőség áramtermelésre úgy, hogy a feltörő forró vizet egy hőcserélőre vezetik, ahol az átadja a hőt egy másik folyadéknak, amelynek a forrási pontja jóval alacsonyabb a víznél. A forró víz hatására a másik folyadék gőzzé válik, amely meghajtja az erőmű turbináját. 6. ábra Kétkörös geotermikus erőmű működési ábra

17 Érdekességként megemlíteném, hogy egykoron nagy lendülettel igyekeztünk kihasználni geotermikus adottságainkat. Ebben Heller László világhírű professzorunk járt az élen, az ő nevéhez fűződik a hőszivattyú ipari alkalmazásának szabadalmaztatása 1948-ban. Akkoriban még a parlamentet is termálvízzel fűtötték egészen 1953-ig. 9 Néhány országban, mint például Amerikában, Izlandon használhatjuk téli síkosság- és jégmentesítésnél is a geotermikus energiát. Az utat, járdát, kocsi lehajtót fűthetjük vele (7-8. ábra). 7. ábra 8. ábra Forrás: Forrás: 3. A geotermikus energia kitermelésének műszaki megoldásai A geotermikus energia kitermelési módját három nagy csoportba lehet sorolni: - kitermelés nélkül (zárt rendszerű) - kitermeléssel (nyitott rendszerű) - kitermeléssel és visszasajtolással Ezen felül meghatározzuk, hogy a kitermelt energiát milyen mélységből hozzuk felszínre, illetve annak hasznosítása hőszivattyú segítségével vagy a nélkül történhet. 3.1.Geotermikus energia hasznosítása felszínközeli rétegekből Amikor feszin közeli energiahasznosításról beszélünk, nem kimondottan termálvizet nyerünk ki, hanem a felszínhez közeli rétegvizeket, illetve a talajvizet hasznosítjuk, aminek a hőmérséklete lényegesen alacsonyabb a termálvizénél, körülbelül C-os

18 3.1.1.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelés nélkül hőszivattyú segítségével Közvetett hasznosítás történhet, amikor a talajvíz és/vagy rétegvíz kedvezőtlen kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkezik. Ebben az esetben a víz a hő hasznosításban, mint primer közeg szerepel és hőcserélő közbeiktatásával megfelelően kezelt szekunder közeg szállítja, a hőt a fogyasztóhoz illetve egyáltalán nem vesz részt a hő hasznosításban. A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. (Mert külső energia felhasználása nélkül, "magától" a hő csak melegebb helyről tud a hidegebb hely felé áramlani.). A hőszivattyú elvi felépítése (9. ábra) megegyezik a hűtőberendezésekével, 9. ábra A hőszivattyú működési elve legfontosabb elemei a két hőcserélő (egy párologtató és egy kondenzátor), kompresszor és az expanziós szelep. A környezeti hőforrás a folyékony munkaközeget az elpárologtatóba légneművé alakítja, a kompresszor nagyobb nyomásra sűríti az elpárologtatott munkafolyadékot, ezáltal a kondenzációs

19 hőmérséklet is emelkedik. A hőszivattyú kompresszorát villanymotor hajtja, de nem feltétlenül szükségesek hagyományos energiaforrások (villamos energia vagy földgáz) hiszen a működtető villamos energiát biztosíthatjuk napelemmel, biogázzal, vagy éppen szélenergiával. Ezt követően a nagynyomású és hőmérsékletű gőz a kondenzátorba jutva átadja hőenergiáját a nála kisebb energiájú hőfelvevő közegnek. 10 A geotermikus hőszivattyú az a rendszer, ami képes a geotermikus energiát hasznosítani, a "föld" (talaj, talajvíz, termálvíz) és a ház belső terei között szállít hőt. A szondák, a földben elhelyezkedhetnek függőlegesen (függőleges kollektoros rendszer = földszonda 10. ábra) vagy vízszintesen (vízszintes kollektoros rendszer = talajkollektor 11. ábra). 10. ábra 11. ábra Forrás: A szondák gyűjtik össze a föld hőjét. A szondákból az összegyűjtött hőt szigetelt csővezetékkel elszállítjuk a hőszivattyúhoz. A földből körülbelül C-os hőt tudunk felszínre hozni és a hőszivattyúba juttatni. A hőszivattyú ebből az alacsony hőmérsékletű folyadékból további elektromos energia felhasználásával nagyobb hőmérsékletű meleg vizet állít elő (45-55 C). Ezt a meleg vizet fel lehet használni fűtésre, használati meleg vízre, medencék fűtésére, és még hűtésre is. A geotermikus hőszivattyú a lelke az egész rendszernek. Hatalmas előnye a geotermikus hőszivattyúval előállított energia hasznosításának, hogy nincs sem időjáráshoz, sem napszakhoz kötve, mint más alkalmazott alternatív megoldások. A talaj mélyebb rétegeinek hőmérséklete télen-nyáron állandó, télen melegebb, nyáron hidegebb, mint a levegő hőmérséklete. A szállítási irányon változtatva télen a talajtól hőt elvonva fűthetünk, nyáron a talajt melegítve hűthetjük a házat (illetve melegvizet állíthatunk elő télen-nyáron)

20 3.1.2.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével hőszivattyú segítsége nélkül Felszín közeli geotermikus energiát abban az esetben nyerhetünk ki hőszivattyú segítsége nélkül, ha megfelelő hőmérsékletű (min. 30 C-os folyadék) közvetítő közeggel rendelkezünk. Ezt felszínközeli talajvíz rétegekből és rétegvízből nem jellemző, hogy közvetlenül kitudjuk termelni. Ez abban az esetben lehetséges, ha a termálvíz pozitív kútként működik és szabadon képes a felszínre törni, vagy a termálvíz tározóréteg a felszínhez közel helyezkedik el. A közvetlen (12. ábra) kitermelés lehetséges, ha a termálvíz kedvező fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkezik, nem hajlamos üledékképzésre, nem fejt ki korróziós hatást a csővezetékekre, berendezésekre. A termálvíz ebben az esetben közvetlenül a fogyasztóhoz jut. Ebben az esetben a termálvízzel közvetlenül fűthetjük az épületeket és elláthatjuk a használati melegvizes berendezési tárgyakat. - kommunális fűtés - használati melegvíz készítés - növényházak fűtése - terményszárítás, stb. 12. ábra Forrás: Épületfűtés és melegvíz-szolgáltatás termálvízzel nemcsak közösségi, irodaés egyedi lakóépületek, kórházak, raktárak, műhelyek stb. fűthetők, hanem egész háztömbök is. Erre Budapesten és az ország más, főleg alföldi városaiban már az 50-es, 60-as években sor került, évente tonna fűtőolaj megtakarítását eredményezve. A termálvíz higiéniás célú használatra természetesen csak akkor alkalmas, ha minőségi és bakteriológiai paraméterei a

21 szabványban előírtaknak megfelelnek. Ha a termálvíz hőmérséklete alacsony (pl. 60 C), akkor előnyös lehet a padló- vagy a falfűtés. Radiátoros fűtés is megfelel, ha a vízhőmérsékletet tekintetbe véve méretezik. Ilyen esetben ajánlatos kiegészítő fűtésről is gondoskodni. A nagyobb termálvizes hálózatokban az áramoltatást szivattyúzással kell biztosítani, minél kisebb hőveszteségre törekedve. Lakótelepek, egészségügyi intézmények, iskolák termálvizes fűtéséhez és vízellátásához különösen fontos a termálkutak teljesítményének hosszúlejáratú fenntartása. Növényházak, fóliasátrak fűtése geotermikus energia, melegvíz formájában igen eredményesen használható. Magyarországon 1980-ban m 2 növényházfelületet és 1,064 millió m 2 fóliaház felületet fűtöttek termálvízzel. A fűtési teljesítmény iránti igény a növényház méreteitől, hőgazdálkodási viszonyaitól, betelepítettségétől és a növénykultúrától függ. A termálvízzel fűtött növényházak beruházási költsége 15-20%-kal nagyobb, mint az olaj- vagy a gázfűtésűeké, de a kisebb üzemköltségek miatt a többletkiadás 2,5-3 éven belül megtérül. A termálvízfűtésre növényházban is jól kihasználható, de növényházfóliasátor együttesekben még gazdaságosabb fűtést tesz lehetővé. Ha 90 C körüli hőmérsékletű hévíz áll rendelkezésre, akkor többlépcsős hasznosításra van mód: szivattyúk közbeépítésével a vízkivételi helyhez legközelebb eső növényház(ak) légfűtéssel fűthetők. A távozó, alacsonyabb hőmérsékletű (pl. 50 C-os) termálvízzel további növényház vagy fóliaházak légtér- vagy talajfűtése végezhető. Visszakeveréses megoldással a hőlépcsőket stabilizálni lehet. A fóliaházakból kilépő C hőmérsékletű víz még hálózati öntözővíz előmelegítésére használható. Alacsonyabb, C hőmérsékletű termálvízzel történő növényházfűtéskor ajánlatos a különböző fűtési lehetőségeket kombinálni a víz hőtartalmának és a fűtőfelületeknek minél jobb kihasználásával. A fóliaházakban és -sátrakban általában alacsony hőmérsékletű termálvizet használnak állandó vagy mobilis csöves rendszerekkel vagy konvektorokkal. A fóliaházak fűthetők az ún. vízfüggönyös módszerrel is, amikor kettős fóliaréteg között áramoltatnak hőtartalmától már jórészt megszabadult, előzetesen hasznosított, C hőmérsékletű termálvizet. Az áramló langyos termálvíz nemcsak fűt, hanem hőszigetelő hatást is kifejt,

22 azonban ennek az eljárásnak nagy a vízigénye és teljesen záró, ép fóliát igényel. A terményszárítási feladatok túlnyomórészt a fűtésmentes nyári-koraőszi időszakra esnek, ami a termálvizek gazdaságos, minél hosszabb idejű kihasználása szempontjából kedvező. A termálvizes szárítás a korábbi szénhidrogéntüzelésű berendezésekhez képest alacsonyabb hőmérséklettel (40-60 C) dolgozik ezért a szárítási idő meghosszabbodhat, de az energia megtakarítás ezt túlkompenzálja. Termálvízzel is különböző termékeket lehet szárítani, pl. szemes és szálas terményeket, kukoricát, paprikát, gyógynövényeket Geotermikus energia hasznosítása mélyen elhelyezkedő rétegekből Mélységi geotermia a legalább 1,5 km mélységből felhozható földi hő, ami megtalálható akár több ezer km-es mélységben is Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermeléséve és visszasajtolásával A geotermikus energia kitermelése után szükségessé válhat a termálvíz visszasajtolására, ha kitermelőkútnak nincs megfelelő vízutánpótlása. Ilyen esetben fennáll az a veszély, hogy a rétegenergia csökkenése következtében idővel kevesebb vizet adnak a kutak. Ezzel mérsékelni lehet a mély rétegekben található vízszint csökkenését. A visszasajtolásnak más igen fontos szempontja is van. Itt említeném meg talán az egyetlen környezetre káros hatást jelentő problémát a geotermikus energiával kapcsolatban. A kitermelt termálvíz élő felszíni vizekbe történő beengedése komoly károkat okozhat azokban, mivel az ásványi anyagokban dús melegvíz a környezetet veszélyeztetheti, amennyiben nem megfelelő odafigyeléssel kezelik a visszasajtolásra nem kerülő termálvizet. Megvalósuló magyarországi beruházások, melyeket a következőkben részletesebben ismertetek: - geotermális közmű rendszer Hódmezővásárhely - geotermális villamos erőmű kísérleti projekt MOL Rt. Iklódbördőce

23 A hódmezővásárhelyi geotermikus közműrendszer (13.ábra) A projekt célja A projekt két részből áll: a használati melegvíz-ellátó (HMV) rendszerből és a fűtési rendszerből. A közműrendszer Hódmezővásárhely négy önálló, sziget üzemű távhőrendszerrel ellátott lakótelepét, közintézményeit, strandfürdőjét és fedett uszodáját köti össze. 13. ábra Sematikus működési ábra A projekt műszaki adatai: A használati melegvíz ellátó (HMV) rendszer alapját két távfűtőmű szomszédságába lemélyített HMV kút jelenti. A kutakból kinyert termálvíz

24 fm szigetelt távvezeték közvetítésével jut el távfűtött lakásba, 10 közintézménybe (közte a városi kórházba), valamint a sportuszodába. Évente mintegy m3 termál HMV szolgálja a várost, amely mennyiség töredéke a kutak kapacitásának. A HMV rendszer használt vize értelemszerűen a városi szennyvíztárolóba kerül. A geotermikus fűtési rendszer két önálló körből tevődik össze. Az egyik kör: m talpmélységű termálkút, amelyből télen 60 m3, nyáron 25 m3 80 C-os fűtővizet vesznek óránként. A Kórház és az azt követő intézmények hőellátása teljes egészében termálenergiából történik. A kör végpontja a városi strandfürdő területén van, ahol az ideérkező C hőmérsékletű, többször lefűtött közeg a strandfürdő nyitott 50 m-es úszómedence vizének 27 C-os hőfoktartását biztosítja egy lemezes hőcserélőn keresztül. Az innen visszatérő C-os termálközeg szükség esetén besegít a fürdő termálvizes medencéjének vízutánpótlásába, míg a fennmaradó mennyiség az itt telepített m talpmélységű visszasajtolókútban nyer elhelyezést. A másik kör: m talpmélységű termálkút, amelyből télen 60 m 3, nyáron 10 m 3 86 C-os fűtővizet vételeznek óránként. Feladata a lakótelep 600 lakásának hőigény ellátása. A téli csúcsidőben (-15 C külső hőnél) 70 C-os visszatérő közeg került elengedésre további hőpiac hiánya miatt tól a fm hosszú hőszigetelt, üvegszálas, műanyag, föld felszíne alá telepített távvezetékkel, juttatják el ezen fűtőközeget Hódmezővásárhely új fedett sportuszodájához. Így biztosítják a fedett uszoda 3,2 mw-nyi hőigényét (70/25 C szekunder hőlépcső) és a beruházók grátiszaként az uszoda körüli járdák síkosság mentesítését. A kör végpontját az uszoda közelében az elmúlt évben telepítésre került új visszasajtolómű képezi. E termálkör még tartalmaz közel 2 mw hőenergiát, ami a jövőben megépítésre tervezett élményfürdő hőszükségletét fogja biztosítani. A jelenlegi két fűtési kör évente GJ mennyiségű fűtési hőenergiával járul hozzá a város hőigényéhez

25 A közműrendszer vezérlése A projekt a legkorszerűbb és legbiztonságosabb vezérléstechnikai rendszerek telepítésével, minimális munkaerő igénybevételével, gazdaságosan üzemel. A projekt eredményei: A projekt mind a környezetvédelem, mind a gazdaságosság terén teljesítette az előzetes elvárásokat. A homokkőbe történő visszasajtolás területén pedig referenciamű óta visszasajtolásra került több mint 2 millió m 3 lefűtött termálvíz. A külső politikai és gazdasági környezettől független, helyben található energiahordozó felhasználásával évente mintegy 3,5 millió m 3 földgáz kiváltása történik meg, az annak elégetéséből származó légszennyezés (szénmonoxid, széndioxid, nitrogénoxid, stb.) elkerülése mellett. A geotermikus közműrendszer tehát import független és abszolút környezetbarát, megújuló energiát biztosít. A projekt egyik legjelentősebb eredménye azonban a hagyományos földgázalapú távhőszolgáltatás költségeihez viszonyított költségmegtakarításban jelentkezik: - Amíg 1 m 3 használati melegvíz hagyományos előállítási önköltsége 500 Ft körül kalkulálható, addig 1 m 3 termál használati melegvíz előállítás költsége Ft. - Amíg 1 GJ hasznos hőenergia ára földgázból 85 %-os kazánhatásfok figyelembe vételével ma már Ft körül van, addig 1 GJ hőenergia előállítási költsége termálenergiából visszasajtolással Ft Hódmezővásárhelyen. - A projekt egyszerűsített megtérülési ideje 6 év körül alakult és az automatizáció figyelembe vételével is 10 év alatt volt. A projekttel kapcsolatban az alábbi következtetések vonhatók le: A hódmezővásárhelyi geotermikus közműrendszer a termálenergia egyedülálló, komplex hasznosítására nyújt példát, amely az EU fenti fosszilis energia csökkentését célzó irányelveivel is összhangban van. Üzemi tapasztalatokkal, tényszámokkal támasztja alá a geotermia hazai létjogosultságát. A projekt megtérülése az energetikai iparágban jónak számító 10 év alatt van, mindennemű támogatás nélkül is

26 MOL Rt. Iklódbördőcei kísérleti projekt A pilot projekt feladata egy geotermikus erőmű vagy közvetlen hőellátó egység megvalósíthatóságának vizsgálata volt. A projekt geotermikus energiahasznosítására irányuló törekvése a Világbank Környezeti Alapja (Global Environment Facilities Fund) támogatását elnyerte elején a Zala megyei Iklódbördőcénél a MOL Nyrt. mint a konzorcium működtetője- elvégezte a kút kiképzéseket, valamint termálvíz kitermelést és visszasajtolási teszteket hajtott végre. Mivel a projekt, mint pilot (mintaprojekt) projekt került tervezésre, a kút tesztek során a konzorcium elvégezte a lehető legtöbb mérést és egyidőben több technológiát is tanulmányozott. A technológiai folyamatot komplex adatgyűjtés, és - elemzés követte. A MOL Geotermikus Csapatának szakértői a projekt végén arra a megállapításra jutottak, hogy a hőenergia Iklódbördőcénél nem elegendő egy geotermikus erőmű megépítéséhez. Ugyanakkor a megvizsgált két használaton kívüli szénhidrogén kút közül az egyik alkalmas lehet közvetlen hőszolgáltatásra. Egy mw kapacitású erőmű létrehozható lehetne a régióban, de a jelenlegi szabályozói környezet mellett nem lenne profitábilis. Komplex geotermikus modell került kialakításra, mely alapján bizonyításra került, hogy technológiai szempontból kivitelezhető lenne geotermikus kiserőmű és közvetlen fűtőmű létesítése. A projekt megvalósíthatósági tanulmánya még nem végleges, annyi azonban már bizonyos, hogy az előzetesen becsültnél kisebb hozamúak a kutak. A villamosenergia-termeléshez ugyanis hiába megfelelően forró a 3 kilométer mélyen található 140 fokos hévíz, nincs meg a szükséges kitermelhető mennyiség. Így a kísérlet során vizsgált kútra csupán legfeljebb 0,8 megawatt teljesítményű erőművet lehetne építeni, márpedig ez a kapacitás túl kevés a megtérüléshez, legalábbis a jelenlegi zöldáram-átvételi árak mellett. A Mol mindezek ellenére nem mond le geotermikus terveiről. Zala megyében további kutatásokat tervez, de egyelőre még nincs döntés a részletekről

27 3.2.2 Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül A Hot Dry Rock-technológia más néven száraz kőzet technológia, általában csak elektromos energiatermelésnél lehet gazdaságos. E technológia alkalmazása során nagy mélységű fúrásokban hidraulikus rétegrepesztéssel hasadékrendszert hoznak létre, illetve a már meglévő természetes repedésrendszert bővítik, tágítják, majd a fúrásokon keresztül energiahordozó közeget - a gyakorlatban vizet - sajtolnak a nagy hőmérsékletű repedésrendszerbe. A felmelegedett nagy nyomású vizet a felszínre hozva gőzturbinával történik a villamos energiatermelés. Európában a franciaországi Soultz Souz Forestben 1996 óta folynak francia német közös kísérletek. Az USA-ban Los Alamosban között működött HDR erőmű. A HDR erőművek nagyon költségesek, hatásfokuk kicsi, jelentős vízveszteségeket is észleltek, ezért alkalmazásuk nem vezetett eredményre. Figyelemre méltó azonban, hogy Svájcban gazdaságosan üzemeltetnek HDR fűtőműve. 11 (14. ábra) 14. ábra Hot Dry Rock technológia Forrás:

28 4. Magyarország jelenlegi geotermikus energia felhasználása 4.1. Magyarország földtani adottságai A Kárpát-medence geológiai képződményei minden szempontból nagyon változatosak. Itt érintkezik egymással két eltérő minőségű kőzeteket tartalmazó tektonikai lemez, az afrikai és ázsiai nagylemezek. Ezek határvonalán találjuk a legintenzívebb vulkántevékenység nyomait, és legnagyobb tavainkat. A geológiai képződmények a nagylemezeken belül is nagy változékonyságot mutatnak, ásványi és kémiai összetételüket, szemcseméret-megoszlásukat, vagy fizikai és kémiai mállással szembeni ellenállóságukat tekintve. Magyarország földje az Alpok, Kárpátok és Dinaridák koszorújában terül el. Hegységei a Mátra kivételével nem emelkednek 1000 m fölé, a térszín uralkodóan síkvidék. A felszínt többnyire olyan fiatal üledékek borítják, amelyek az utóbbi néhány millió évben képződtek, elfedve a korábbi földtörténeti események dokumentumait. Hegységeink változatos típusú és korú kőzetekből épülnek fel: egy részük (Börzsöny, Mátra, Zempléni-hegység) vulkáni eredetű, a Dunántúliközéphegység és a Mecsek elsősorban egykor tengerben és szárazföldön képződött üledékek megszilárdult maradványait tartalmazzák, míg a nyugati országrészben található Soproni- és Kőszegi-hegység átalakult (metamorf) kőzetekből épül fel. E képződmények születése azonban egymástól sok száz km távolságban, eltérő időben történt. Magyarország földtani felépítését az 15. ábra mutatja. Magyarország területét a DNY-ÉK irányú Zágráb-Hernád nagyszerkezeti vonal két fő szerkezeti egységre osztja. E vonaltól északra eső lemezdarab az Afrikailemez peremén, a délre eső lemezdarab pedig az Eurázsiai-lemez peremén alakult ki. Kb. 25 millió éve (az oligocénban) délnyugatról nyomult be az Afrikailemezdarab a Kárpát medence északi részébe, amit andezites-riolitos vulkáni tevékenység kísért. Magyarország területén a földkéreg az átlagosnál vékonyabb (a 33 km-es átlaggal szemben csak km), ezért a geotermikus grádiens értéke nagyobb, helyenként 6-8 C/100 m

29 15. ábra Magyarország földtani felépítése Magyarországon a geotermikus gradiens értéke átlagosan 5 C/100 m, ami mintegy másfélszerese a világátlagnak. Ennek oka az, hogy a Magyarországot magában foglaló Pannon-medencében a földkéreg vékonyabb a világátlagnál (mindössze km vastag, vagyis mintegy 10 km-rel vékonyabb a szomszéd területekhez képest) és így a forró magma a felszínhez közelebb van, valamint az, hogy jó hőszigetelő üledékek (agyagok, homokok) töltik ki. A mért hőáramértékek is nagyok (38 mérés átlaga 90,4 mw/m 2, miközben az európai kontinens területén 60 mw/m 2 az átlagérték). 12 Itthon a geotermikus energia legkézzelfoghatóbb eleme a termálvíz, mely egyes helyeken tisztán a felszínre tör, mint artézi víz /+kút/. Még a legelején tisztázzuk a termálvíz fogalmát, mivel a hétköznapokban gyakran helytelenül azonosítják a gyógyvíz fogalmával. A termálvíz vagy hévíz az a rétegvíz, amelynek hőmérséklete meghaladja a 30 C-ot. Az ország területének mintegy 40%-án tárható fel termálvíz. A kitermelhető mennyiséget minimálisan 50, maximálisan 300 milliárd m3-re becsülik. Jelenleg a kitermelt víz mennyiségének mintegy 45%-a hasznosul energetikai célokra. Ezzel a mennyiséggel elvileg évente mintegy tonna olajat lehetne helyettesíteni. Sajnos a valóság azonban azt mutatja, hogy ennek a

30 mennyiségnek nem egészen a felét hasznosítjuk csak, mert a hasznosító berendezések műszaki színvonala sok esetben nem megfelelő. 13 Az ország területén két regionális hévíztároló nagyrendszer helyezkedik el. E két nagy rendszer közül az egyik a felsőpannónia porózus (homok homokkő) rétegek alkotta rezervoárrendszer, a másik a triász időszaki repedezett hasadékos, részben karsztosodott karbonátos kőzetek alkotta rezervoárrendszer.(16. ábra) Jóllehet e két nagy hévíztároló egységen kívül számos más kis rendszert is feltártak, de ezek lokális jelentőségűek. A hazai hévíz készleteknek túlnyomó része a fenti két regionális rendszerben helyezkedik el és ez képezi a hévízhasznosítás alapját. A meglevő termál kutak 70%-a a felsőpannóniai, 20%-a a triász időszaki hévíztároló rendszert csapolja meg, míg a 10%-a a devontól a kvarterig terjedő különböző geológiai korokban képződött rezervoárokból termel. 16. ábra A termál-gyógyhelyek és a termál-víztestek kapcsolata Forrás: A jelenleg meglévő hévízhasznosítási infrastruktúra az optimális hidrogeológiai viszonyokkal jellemzett területeken található, így elsősorban Csongrád, Békés, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun-Szolnok és Győr-Moson-Sopron megyében. E felsőpannóniai hévízkészlet ezeken az optimális területeken kiváltképpen alkalmas komplex hévízhasznosításra, a balneológiától a

31 mezőgazdasági hasznosításon keresztül egészen a használati melegvízellátásig és épületfűtésig. A triász karbonátos kőzetekből álló rezervoár-rendszer már kisebb területű a hévízkészlete is kisebb, de fontossága elsősorban fürdőügyi gyógyászati vonatkozásban rendkívül nagy. A két hévíztároló nagyrendszer vízutánpótlódási viselkedése eltérő. Míg a triász karbonátos hévízrezervoár eltekintve az igen nagy mélységű, vagyis 2000 m alatti részletektől az aktív vízkicserélődési övezet tartozéka, tehát utánpótlódó vízkészlettel rendelkezik, addig a felsőpannónia hévízkészlet túlnyomó része nem megújuló, hanem statikus jellegű és nincs aktív utánpótlódása. Nagyon fontos szempont ezeknél a felsőpannóniai hévíztároló-rendszereknél a felszálló, magától kifolyó víztermelésnél nélkülözhetetlen rezervoárenergia készlet, melynek döntő tényezője a vízben oldott gáztartalom. E gáztartalmak leürülése napjainkban egyre nagyobb mértékű, s ennek következtében jelentős vízhozam csökkenések, sőt a kifolyó víztermelés megszűnése tapasztalható. A természetes gázlift csökkenés folytán nagyon sok hévízkút termelése csökkenő tendenciát mutat. E jelenség általános, s ezért igen szigorú vízkészlet-és réteg energiagazdálkodást tesz szükségessé. A gyakorlatban a termálkutak kétféle fajtáját különböztetjük meg: pozitív és negatív vízkivételűek. A pozitív kutaknál a termálvíz szabad kifolyással jön a felszínre, a negatív kutaknál szivattyús kiemelés szükséges. Valamely termálkút pozitivitását a rétegnyomás, a víz gáztartalma stb. teszik lehetővé. Hosszabb termeltetési idő után (10 15) ezen értékek módosulhatnak, a kút vízhozama mindinkább csökken, és a korábban pozitív kút negatívvá válik. A hasznosítható vízhozam az a térfogatáram, amelyet a kút állandósult üzemben biztonságosan és károsodás nélkül szolgáltat. Ennek értékét az illetékes vízügyi hatóságok határozzák meg. Kémiai szempontból legfontosabb az összes oldott alkotórész (szilárd és gáz) tömege (mg/l), amely nemcsak a hasznosítás, hanem a csurgalékvíz elhelyezésének szempontjából is lényeges. A termálvíz agresszivitása és sókiválási hajlama a nyomás, a gáztartalom és a hőmérséklet változásával

32 4.2. Geotermikus energia alkalmazási módjai napjainkban A hazánkban a geotermikus energia többnyire termálvíz formájában kerül a felszínre és onnan kerül tovább hasznosításra. Ma Magyarországon a termálvíz úgy él a köztudatban, mint fürdőzést, ill. pihenést szolgáló gyógyvíz. Pedig ez egy a föld mélyéről felszínre törő vagy egyéb közvetítő eszközökkel a felszínre hozható energiaforrás. Magyarország az egyik legkedvezőbb geotermikus adottságokkal rendelkezik, a földkéreg hazánkban vékonyabb az átlagosnál, kb km vastagságú. Ennek köszönhető, hogy olyan sok hévíz és termálvíz található itt. Amint azt a 4. ábrán mutatja számunkra, itthon kutak segítségével hozzák felszínre a termálvizet és onnan hasznosítják tovább. Az idők folyamán 1409 kutat tártak fel és építettek ki egyéb célokra. Az 1409 termálkútból jelenleg 947 üzemel, a többi az üzemképtelen, lezárt észlelő vagy visszasajtoló kútként van számon tartva. A 947 üzemképes kútból, 422 vízét hasznosítják fürdőkben, 75 kút vize az iparban, 220-é a mezőgazdaságban, 26-é kommunális célokra fordítódik. Ebből számos kutat használ még a Vízmű, ivóvíz ellátás céljára, valamint kerül palackozott formában fogalomba.(4. táblázat) 4. táblázat Magyarország hévízkútjainak megoszlása hőmérséklet és hasznosítási mód szerint

33 Hazákban a kitermelt termálvizek hőmérséklete többnyire meghaladja a 30 o C. Ezt nagyszámban, ahogy fent is olvashatjuk, fürdőkben és kórházakban balneológiai és üdülési-idegenforgalmi célokra hasznosítjuk. Nálunk található többek között Európa legnagyobb természetes, tőzeg medrű hévízi forrás tava (Hévízi-tó) is. 16 A geotermikus energiát az ipari is alkalmazza, ez az ipari- termálhő hasznosítás. Különböző iparágakban, mezőgazdaságban, ipari folyamtokhoz, ahol nagy a hő igény. Miután a fosszilis energiahordozók elégetésével járó CO 2 - kibocstás csökkentése ma már általánosan felismert, szükségszerű, ahol erre mód nyílik, fokozott mértékben lehet alkalmazni az olcsóbb és gyakorlatilag légszennyezéssel nem járó termálenergiát ezek energiaszükségleteinek kielégítésére. 17. ábra Termálkutak és létesítési évei Forrás: A geotermikus energia kutas alkalmazási módja mellett lehetőség van a hőszivattyús energia kivételre is. A geotermikus hőszivattyú az a rendszer, ami képes a geotermikus energiát több féle képen hasznosítani. A szondák, melyek a földben vannak vagy függőleges, vagy vízszintes elhelyezésben, összegyűjtik a föld hőjét (18. ábra). A geotermikus hőszivattyú viszonylag alacsony

34 hőmérsékletű vízből képes melegvizet előállítani. Ezt a C állandó hőt, egy zárt rendszeren keresztül a felszínre hozza, és készít belőle C hasznosítható hőt. Ezt a hőt, ezt a melegvizet fel lehet használni fűtésre, használati melegvízre, medencék fűtésére, és még hűtésre is. 18. ábra Forrása: Érdemes azt a tényt megvizsgálni, hogy egy 1997-es összehasonlítás szerint a CO 2 -kibocsátás csökkentésének legolcsóbb módja (az alternatív energiaforrások közül) a geotermális energia igénybevétele ráadásul ez a megoldás (a nap-, szél- és vízenergia felhasználásával ellentétben) az időjárástól független (5. táblázat Clauser 1997 nyomán, forrás: Árpási 2002). 5. táblázat Az egy tonna CO 2 kibocsátás csökkentésének költségei alternatív energiafajták szerint Forrás: