Kihívások és új lehetőségek a geotermikus energia hasznosítás növelésében

Átírás

1 Kihívások és új lehetőségek a geotermikus energia hasznosítás növelésében Szűcs Péter, Madarász Tamás, Hartai Éva, Kolencsikné Tóth Andrea, Zákányi Balázs Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar MTA-ME Műszaki Földtudományi Kutatócsoport Országos Bányászati Konferencia Bányászat és Geotermia Egerszalók, Hotel SALIRIS RESORTS November

2 A fosszilis energiahordozók jelentősége globális léptékben egyelőre megkérdőjelezhetetlen

3 A fosszilis energiahordozók jelentősége globális léptékben egyelőre megkérdőjelezhetetlen

4 Komoly verseny a megújuló energia különböző területein geotermikus energia nagyon fontos, de globális léptékben egyelőre nem meghatározó tényező. Az összesített, világszerte üzemelő geotermikus erőmű kapacitás lassú növekedést mutat. 2017: 14 GW e 2020: a várható kapacitás: 18 GW e Európa 2017: 2.3 GW e 2030: 10 GW e Az összesített, világszerte üzemelő fotovoltaikus erőmű kapacitás exponenciális növekedést mutat ben a várható kapacitás: Optimista becslés: GW Pesszimista becslés: GW Forrás: Energia forrás, az MVM csoport szakmai lapja, szám

5 A kutatás-fejlesztés és az innováció elengedhetetlen eleme a geotermikus energia felhasználás növelésének A geotermikus energia felhasználás nem annyira magától értetődő, mint pl. Lanzarote szigetén. Extrém utóvulkáni tevékenység Timanfaya Nemzeti Park A Tűz Hegyei, 2018.

6 A kutatás-fejlesztés és az innováció elengedhetetlen eleme a geotermikus energia felhasználás növelésének KINDRA H2020 projekt EU Harmonized Hydrogeological Research Classification System Igen komoly kutatási tevékenység növekedés Európában a geotermikus energia hasznosítás tekintetében. VOSviewer visualizing scientific landscapes

7 Elevation a.s.l. (m) Kiemelkedő hazai természeti adottságok a geotermikus energia potenciál vonatkozásában W H Duna x exagerated elevation (m a.s.l.) Szeged Tisza land surface H' 1 H ? H'' E Dövényi et al Becsült hőmérséklet 5 km mélyen hydraulic head contour (m a.s.l.) with direction of fluid driving force top of Pre-Neogene basement with fault 1000 Distance from western end of cross section (km) Tóth and Almási 2001 (vertical exageration: M h M v = 10 ) Hőmérséklet a medence aljzaton (Szanyi and Kovács 2007) C o

8 Az energetikai célból felhasznált hévizeknek kevesebb mint 10 %-a kerül visszasajtolásra!!! Hidrotermális rendszereink nem terhelhetők a végtelenségig!!! Kiváló példa új beruházásra és a fenntarthatóságra 100 % -os visszasajtolás a bükki hévizes karsztrendszerbe Miskolc környezetében MAL-PE-01 termelő kút Mélység: 2305 m Vízhőmérséklet: 105 C Hozam: l/min. MAL-PE-02 termelő kút Mélység: 1514 m Vízhőmérséklet: >90 C Hozam: l/min. KIS-PE-01 visszasajtoló kút Mélység: 1737 m Nyelőképesség: 1600 l/min. KIS-PE-01B visszasajtoló kút Mélység: 1093 m Nyelőképesség: 5600 l/min. KIS-PE-02 visszasajtoló kút Mélység: 1058 m Nyelőképesség: ~7000 l/min. Miskolci Geotermia ZRt - Pannergy Közép-Európa legnagyobb geotermikus fűtési kapacitása: 60 MW

9 Geotermikus hőhasznosítás Európa országaiban előkelő hazai helyezés (EGC, 2016) DH - távfütés Agri - mezögazdaság Baln - termálfürdök Indiv egyéni fütés

10 Geotermikus alapú elektromos áramtermelés lehetőségei Magyarországon, különös tekintettel a geotermikus koncessziós területekre (2500 méter alatt) Elérhető koncessziós területek Ferencszállás Gádoros Gödöllő Igal Kecskemét Körmend Nagykanizsa Nagykanizsa-Ny Ráckeve Sarkad Szilvágy Szolnok Zalalövő Elkelt koncessziós területek Battonya (2014) Győr (2016) Jászberény (2013) Koncessziós terület nyertese EU-FIRE EGS Hungary Kft. PannErgy Nyrt. CEGE Közép-Európai Geotermikus Energia Termelő Zrt. Jelenleg kijelölt, érzékenységi vizsgálattal rendelkező, elérhető koncessziós területek Magyarországon (MBFSz)

11 Geotermikus alapú elektromos áramtermelés lehetőségei Magyarországon, különös tekintettel a geotermikus koncessziós területekre (2500 méter alatt) Szerkezeti szelvény az első folyamatban lévő EGS rendszerű hazai geotermikus erőmű kialakításánál. Battonya, Ádám László ORC villamos erőmű kb MWe továbbá 62 MW hő, A tervezett fúrás technikai paraméterei az első EGS rendszerű hazai geotermikus erőmű kialakításánál

12 A geotermikus energiatermelés természeti, műszaki és gazdasági feltételei, hidrotermális és EGS rendszerű, petrotermális esetben EGS rendszerek Az áramtermelés fontossága Helyi energia ellátó rendszerek Kutatásfejlesztés Növekvő beruházási kedv A hévizek kémiai összetételének jelentősége Mesterséges földhőrendszer

13 Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Battonya min max min max min max Miocene Mesozoic Paleozoic TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ SO4-

14 Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Fertőd min max min max min max Quaternary Upper Pannonian Lower Pannonian TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ Mg2+

15 Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Fáb water sample ph 7,70 Total hardness 991,04 g CaO/m 3 NaCl 25,04 g/l Ca(HCO 3 ) 2 0,82g/l CaSO 4 0,02 g/l CaCl 2 1,33 g/l NaHCO 3 0,00 g/l Gádoros Na + K + Ca 2+ Mg 2+ + NH 4 Fe 2+ (Al 3+ ) Cl - - HCO 3 SO 4 2- Br - J - HBO 2 H 2 SiO ,19 mg/l 410,00 mg/l 616,17 mg/l 55,15 mg/l 14,02 mg/l 13,99 mg/l 16039,60 mg/l 615,65 mg/l 11,50 mg/l 4,300 mg/l 8,40 mg/l 780,74 mg/l 820,95 mg/l min max min max min max min max Upper Pannonian Lower Pannonian Mesozoic Paleozoic TDS 29,1 g/l TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ SO4- H2SiO3

16 Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Nagykanizsa-Nyugat min max min max min max min max Lower Pannonian Miocene Mesozoic Paleozoic TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ SO4-

17 Igen komoly technológiai kihívás a hévizek összetételéből adódó korróziós és vízkő problémák hatékony kezelése (komoly akadályozó tényező) K+F+I igény - egyedi megoldások kidolgozása adott helyszínekre. Különböző jellegű problémák a termelő csőben és a geotermikus felszíni létesítményekben. - Kémiai adalékok, korróziós inhibitorok alkalmazása - Mágneses módszer, stb.

18 MEDDŐ ÉS HASZNÁLATON KÍVÜLI MÉLYFÚRÁSÚ KUTAK ENERGETIKAI HASZNOSÍTHATÓSÁGÁNAK KOMPLEX VIZSGÁLATA LEHETŐSÉG PULSE GINOP PROJEKT Pilot projekt területek a PULSE projektben. A hasznosíthatónak ítélt meddő CH kutak elhelyezkedése Adatbázis, kút és terület szintű geotermikus (Tóth A., 2016) energia potenciál meghatározás, hévíz összetétel vizsgálata

19 Low-Bin ENGINE IDDP DEEPEGS CHPM2030 DESCRAMBLE DESTRESS GEOWELL SURE ThermoDrill A legkorszerűbb technológiák felsorakoztatása (különös tekintettel a költségtakarékosságra és a komplex technológiák pénzügyi fenntarthatóságára) Projektek megnevezése Kutatási prioritások Korszerű kúttervezési, kútkiképzési, csövezési/toldási technológiák fejlesztése Környezeti hatáselemzés, Környezeti kockázat elemzése, minimalizálása EGS szélsőséges körülmények között, szuperkritikus körülmények közötti megvalósítása T>374 C; P>22 MPa, super hot T<550 C; ultra deep > 4km, stb.) Fúrási technológia és eszközfejlesztés a hatékonyság, termelékenység javítása érdekében Gazdaságossági mutatók javítása Fejlesztett technológia (fúrás, eljárás, technológia) alkalmazása konkrét mintaterületen Geotermikus rezervoárok stimulációja Kutak termelékenységének, kihozatalának javítása Visszasajtolási megbízhatóságának, hozamának növelése, + Technológia transzfer olaj-, és gáziparból + + Ásványi nyersanyagok kioldása/kitermelése EGS munkafluidumokkal + Energiatermelés hatékonyságának növelése + + Szuperkritikus körülményeken alkalmazható mérő eszközök, monitoring fejlesztése + + In situ kőzet és fluidum vizsgálatok fejlesztése + + Szeizmikus hatások minimalizálása + +

20 A CHPM2030 H2020 projekt kihívásai Intézmény University of Miskolc (UNIM), koordinátor University of Szeged (USZ) European Federation of Geologists (EFG) Ország Magyarország Magyarország Franciaország 1) Növekvő igény a megújuló energiaforráso k kihasználása iránt (EGS magas költsége) 2) Európa kiszolgáltatottság a a kritikus nyersanyagok területén (minimális bányászati tevékenység) Új technológia együttes kidolgozása, amely a geotermikus energia hasznosítást és a fémkitermelést kapcsolja össze Iceland Geosurvey (ISOR) Izland British Geological Survey (BGS) UK Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) Portugália Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) A technológia Belgium megvalósíthatóságának labor La Palma Research S.L. (LPRC) Spanyolorszá léptékű igazolása g Agency for International Minerals Policy (MinPol) Ausztria Geological Survey of Romania (IGR) Románia Katholieke Universiteit Leuven (KLeuv) Belgium Geological Survey of Sweden (SGU) Svédország Call azonosító: H2020-LCE , Research and Innovation action Topic: Developing the next generation technologies of renewable electricity and heating/cooling Projekt azonosító: Futamidő: Projekt teljes költségvetése: 4,2 M EUR TRL: 4-5

21 A CHPM2030 projekt főbb munkafázisai Nagy mélységű (4-5km) érctelepek beazonosítása (Európa metallogéniája) EGS geotermikus erőmű telepítése Az érctestben a kőzet repedés rendszerének fejlesztése, felbővítése Fémek kioldása az érctestből A fém felszíni kinyerése a geotermikus brine-ból Kapcsolt hő és elektromos áram termelés A rendszer vezérlése gazdaságossági szempontok figyelembevételével Lehetséges pilot területek: Anglia Portugália Románia Svédország

22 A CHPM2030 projekt idealizált körfolyamata az elemek hatékony összekapcsolása Hipotézisek: A nagymélységű érctest összetétele és szerkezete alkalmas arra, hogy a vázolt dinamikus rendszerben fémeket oldjunk ki Fémek elég magas koncentrációban és kellően hosszú ideig nyerhetőek ki, ahhoz, hogy az EGS gazdaságosságát javítsák A fémek kioldása által irányított módon folyamatosan javítható a rendszer teljesítménye A fémek kinyerése lehetséges a magas nyomású és hőmérsékletű geotermikus brine-ból elektrolízissel és gázdiffúziós kicsapatással (electroprecipitation)

23 Laboratóriumi fémkioldási kísérletek nagy hőmérsékleten és nyomáson Kőzetminták a négy pilot területről. Számos vizsgálat. Környezetvédelmi szempontok. Legkedvezőbb eredmények: Híg ecetsav vagy EDTA (etilén-diamin-tetraecetsav) oldószer eredményes alkalmazása Heat Precipitation Heat Cool fluid in (+ key reactants) Dissolution and metal release Hot fluid out (+ dissolved metals) Change in permeability

24 Az első hazai működő hidrotermális ORC geotermikus erőmű Turán mintegy 3 MW áram- és 7 MW hőtermelési kapacitással

25 Összefoglalás Add heat!!!! A geotermikus energia felhasználás mértéke jelentősen növelhető Magyarországon. Intenzív K+F+I tevékenységre van szükség a kihívások és technológiai problémák kezelésére. Konkuráló hévíz felhasználás Magyarországon balneológiai és energetikai célú hasznosítás Igen értékes, de nem végtelen nagyságú felszín alatti hévízkészletek fenntarthatósági aspektusok Geotermikus fluidumok összetett vizsgálatának szükségessége a geotermikus beruházások növelése érdekében. Innovatív megoldások szükségessége, hogy a geotermikus beruházások megtérülési ciklusa rövidüljön Gain/harvest Heat ! 0 1. underground heat exch 2. prodcution well 3. electrolytic metal recovery 4. heat exchanger 5. GDEx 6. Salt gradient power generation 7. Injection well T min ( C) T max ( C)