Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK IRÁNYELVE 2. cikk

Átírás

1 Környezeti hő

2 Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK IRÁNYELVE 2. cikk geotermikus energia: a szilárd talaj felszíne alatt hő formájában található energia; Sekély mélységű ( m) Nagy mélységű hidrotermikus energia: a felszíni vizekben hő formájában tárolt energia; légtermikus energia: hő formájában a környezeti levegőben tárolt energia;

3 Geotermia

4 Földhő eredetű energia hasznosításával kapcsolatos szakkifejezések Természetes felszín alatti vízkészlet: A hézagokat kitöltő víz a mozgásállapottól függetlenül; dinamikus vízkészlet: A természetes felszína alatti vízkészlet azon része amelyik a hidrológiai körfolyamatban részt vesz; statikus vízkészlet: A természetes felszín alatti vízkészlet azon része amelyik a hidrológiai körfolyamatban nem vesz részt; Gazdaságosan hasznosítható készlet: az a vízhozam amelynek kitermelése következtében a hatásterületen fellépő károk kisebbek, mint a vízhasznosítás anyagi előnye.

5 Elméleti alapok 1. - hőáram A geotermikus energia a Föld belsejének hőenergiája, amelynek forrása a radioaktív izotópok bomlása: a mag melegebb 4000 C-nál; a földbelső 99%-a melegebb 1000 C-nál; a hő a felszín felé áramlik hőáram[sűrűség]: 1 m 2 -en jelentkező hőteljesítmény = mw/m 2 ez olyan csekély mennyiség, amit nem érdemes hasznosítani még szerencse, hogy a NAP is melegít, így alakulhatott ki a hőszivattyúzás, ami ezért sokkal inkább tartozik a napenergia-hasznosításhoz. Időjárástól függetlenül rendelkezésre áll;

6 km 2 felszínen a hőáram 8370 MW hőteljesítményt jelent. Így e hőáram által szállított éves hőmennyiség 264 PJ.

7 Elméleti alapok 2.- mélyben tárolt hő Geotermikus gradiens 3 C/100 m (Magyarország alatt 4,5-5 C/100 m) Kőzethőmérsékletünk 1000 m-en 60 C, 2000 m-en 110 C A mélységgel a nyomás is növekszik: pórusok, repedések Ø Természetes geotermikus rezervoár: A mélyben természetesen előforduló meleg víz Mesterséges földhő-rendszer (Enhanced Geothermal System EGS): hidegvíz-besajtolással megnövelik a repedésrendszert, így a vízvezető-képességet egyik típusa a Forró Száraz Kőzet (Hot Dry Rock) technológia

8 Hot Dry Rock Igen nagy mélységben (2-5 km); 150 C visszatérő vízhőmérséklet fölött gazdaságos, amikor lehetőség van kogenerációra; 20 éves élettartam során a közeli kőzetrétegek visszahűlnek és csak 100 éves pihentetés után használhatók megint;

9 Hatásfok (%) Éves növekedési ütem ( év /%) A technológia várható maximális költségcsökkenése (%) Víz Geotermia Szél PV Kombinált termálelektromos Ár-apály Biomassza

10 A geotermikus energia ajánlott felhasználási területei, ill. komplex hasznosítása Lindaldiagramm Az eddig feltárt legnagyobb hőmérsékletű területek: Milos (Görögo) 310 C, Salton Sea (AEÁ) 360 C, Cerro Prieto (Mex.) 388 C.

11

12 Geotermikus közvetlen hőhasznosítás

13

14

15

16

17 Geotermikus távfűtés Európában 216 rendszer MW th

18 Geotermikus fűtés esetén nincsen szükség a környezetterhelő sózásra

19 Visszasajtolás = fenntarthatóság avagy ténylegesen megújuló-e? Jogszabály: EU Víz Keretirányelv: csak a zárt rendszerben használt vizeket engedi visszasajtolni fürdővizeknél például tilos. Előnyei: Fenntartja a rétegenergiát Nem károsítja a talaj és a vizek minőségét és az ökoszisztémát (Nincs szennyvízbírság és vízkészlet járulék) Hátrányai: Beruházási, üzemeltetési költségek Kihívások: Törmelékes (porózus) kőzetekbe (pl. homokkő) nehézkes, kevés a referencia

20 A Magyar Geotermális Egyesület (MGtE) szervezett szakmai konferenciát május 3- án, amelynek témája a termálvíz kötelező visszasajtolása elleni tiltakozás volt. Megoldhatatlan feladat visszasajtolni a földbe a többek közt fóliasátrak, üvegházak fűtésére felhasznált és lehűlt termálvizet - írta szentesi gazdálkodókra és szakemberekre hivatkozva a Magyar Nemzet. ( )

21 A Nemzeti Fejlesztési Minisztérium álláspontja

22 A Kormány döntött arról, hogy 2025-ig meghosszabbítja az energiahasznosítás céljából kitermelt termálvíz visszasajtolási kötelezettségének felfüggesztését, és a javaslatot az Országgyűlés elé terjeszti.

23 Közvetett hasznosítás: Villamos energia 7-8 C/100 m geotermikus gradiens - főleg vulkáni területek (átlag: 3 C) A) Közvetlenül (ha magas a hőmérséklet és kedvező a ( Larderello gőz összetétele, pl. B) Kétkörös (biner) rendszerben Elgőzöltetéses áramtermelés alacsony nyomáson gőzzé alakítják a feltörő forró vizet Segédközeges áramtermelés alacsony forráspontú anyagot (pl. izobután, ammónia-víz keverék) melegítenek

24 Nyomáscsökkentő tartály Forró víz (nagy nyomás okán Dry steam station Flash steam station

25 Kétkörös rendszer

26 Larderello Az áram termelése 1904-ben indult meg a világon elsőként; 1913-ban induló üzemszerű használat: 250 kw p teljesítmény; Vízhőmérséklet 200 C! Kiaknázott terület: 250 km 2 Jelenlegi teljesítménye 600 MW, de 880 MW-ra szeretnék növelni.

27 ( GWh ) ( MW )

28

29 Összesen: MW (túl)becsült villamos teljesítmény (2005)

30 Áramtermelés néhány meghatározó országban

31

32 Wairakei 2 km 2 -en 64 kút 30 km 2 -es területen 1 cm vízszintcsökkenés évente

33 Wairakei Új-Zéland Indítás: 1958 (világon első FLASH STEAM rendszer) Lezárás: 2013-tól fokozatosan Típus: Flash steam + binary cycle (2005 óta a kilépő alacsonyabb hőmérsékletű gőz hasznosítására) Kutak: 55 production; 6 reinjection; 50 monitoring Átlagos kútmélység: 300 m; max. kútmélység: 660 m Névleges teljesítmény: 175 MW Capacity factor: 89.0% Természetes hidrotermális rendszer. A kitermelés üteme lényegesen meghaladja a tároló vízutánpótlását, ezért a konszolidáció miatt felszíni süllyedések keletkeztek. Itt a felszín süllyedésének sebessége évente 0,45m.

34 Áramtermelés ( )

35 Izland (2011) 661 MW e 4,600 GWh 24.5% of the country's total electricity production. 90% households are heated with geothermal energy.

36 Nesjavellir PowerPlant 120 MWp + 1,1 m3/sec forró víz (82-85 C) space heating and hot water for the Capital Region, Greater Reykjavík.

37 Magyarországon a megújuló primer energia 10%-át adta (2004) 85% biomassza (tűzifa) ~10% geotermia A bányatörvény (1993. évi XLVIII. tv.) szerint a geotermikus energiát energetikai céllal kitermelőknek bányajáradék fizetési kötelezettségük van. A bányajáradék összege a kitermelt geotermális energia 2%-a. A bányatörvény végrehajtásáról szóló 203/1998. (XII. 19.) Korm. rendelet szerint nem kell bányajáradékot fizetnie annak, aki vízjogi engedély alapján a geotermális energiát gyógyászati, balneológiai vagy vízellátási alkalmazás mellett energetikai célra is hasznosítja.

38 Hazai hasznosítás 30% ivóvíz 35% fürdővíz 35% hőenergia Mindez összesen 3,6 PJ/év (2006) viszont PJ a kitermelés, vagyis 90%-a elveszik!!!!! a 3,6 PJ a hazai primer energiafelhasználás mindössze 0,3%-a ; A 3,6 PJ a megújulón belül 6,6%; A teljes potenciál minimum 60 PJ

39

40

41 5000 méteres mélység

42 Szita K. 2009, Energoexpo Bólyi példa

43 Hévízkutak megoszlása a kifolyó víz hőmérséklete szerint Magyarországon (2000) Hőfok ( o C) Kutak száma Százalék (%) 30-39, , , , , , , < 3 0,4 Összesen

44 A mértéktelen kitermelés (az egyre szaporodó fürdők) miatt: - csökken a felszín alatti vízkészlet, - az elengedett vizek szennyezik élővizeinket, - az elfolyások ki nem használt energiatartalmát elpazaroljuk.

45 Mezőgazdasági hasznosítás A szektorban működő termálkutak száma: ~200!! Kapacitás: 210 MW Energiafelhasználás: 1,9 PJ/év Növénytermesztésben 67 ha üvegház, 232 ha fóliasátor Állatartásban 52 helyszín (istálló, baromfikeltető, halastó)

46 Szentes- Árpád-Agrár Zrt a világ legnagyobb mezőgazdasági célú termálhő-hasznosítója!! - 65 MW Termálvízre alapozott kertészet (zöldségtermesztés, dísznövénytermesztés) két típusa alakult ki: üvegházi (30 ha) fóliasátras (30 ha) m2-en baromfitelepet, pulykaólakat, keltetőket is fűtenek, + Gabonaszárítást végeznek

47

48 Az energiaköltség 70%-kal csökkent

49 Magyarországon 17 geotermikus távfűtéses rendszer kapacitás: 120 MW Szita K. 2009; Bobok Tóth A Kistelek Bóly

50 85-87 C SZEGED, FELSŐVÁROS II. GEOTERMIKUS ENERGIAELLÁTÁS HŐSÉMA

51 A legsikeresebb hazai projekt: HÓDMEZŐVÁSÁRHELY A sikeresen megoldott vízvisszasajtolás költségei ellenére a távfűtés költsége a gáztüzelésű távfűtéséhez képest 40%-kal kisebb.

52

53 Kistelek november Önkormányzati intézmények fűtésére millió Ft/év helyett millió Ft/év Beruházás: 500 millió Ft, ebből 300 m. pályázatból 1550 liter/perc 85 fokos víz 2095 méter mélyről érkezik a rendszerbe. A vizet tisztítják és gáztalanítják, így kerül a rendszerbe, és végül így sajtolják vissza a felső rétegekbe. A visszasajtoló 2,5 kilométerre van a településtől. A fűtött intézményekben teljesen tetszőleges hőmérsékletet választhatnak a fogyasztók, általában 22 fokot igényelnek.

54 Problémák, nehézségek, kihívások

55 Nagyszerű adottságok a felhasználókhoz közel (Margit-sziget, Városliget [Széchenyi-fürdő])

56 Kiindulási probléma: Esettanulmány (Széchenyi fürdő) 6300 m 3 /nap, C hőmérsékletű elfolyó (csurgalék-) víz - Ebből 5040 m3/nap 76 C + 14 db alacsonyabb hőmérsékletű kút - Legrosszabb esetben is 22 C-kal lehetne visszahűteni (10 C-ra) - Ez 6,8 MW hőteljesítmény! - 222,9 TJ/év (0,2 PJ/év) hő volna kinyerhető ebből az egyetlen rendszerből! - Ez jelenleg nem előnyként, de súlyos hőterhelésként jelentkezik! Megoldási javaslat: 1000 m távolságban minimum 8 nagyfogyasztó: BVSC uszoda; Éttermek (Gundel, Robinson); Múzeumok, Irodaházak (minimum 2 db)

57 A termálvíz minősége, kémiai összetétele a kút helyének, mélységének függvénye - de: egymáshoz közel mélyített kutak esetén is jelentősen eltérhetnek. ez határozza meg a termálvíz vízkőkiválási és korróziós tulajdonságait: az összes oldott sótartalom (kalcium- és magnézium sók - vízkő), a kationok, anionok mennyisége, minősége, a gáztartalom (metán, szén-dioxid), az egyensúlyi ph érték A lerakodások vegyszeradagolással előzhetők meg, utólag pedig savazással eltávolíthatók. A lerakodás mennyiségének, növekedési sebességének, helyének pontos ismerete lényeges a zavartalan üzemeltetéshez.

58 Üzemeltetés nehézségei A nagy CO 2 -tartalmú vizek (szénsav) megtámadják a fémeket, a kút csövezését, az egyéb szerelvényeket, a továbbító csöveket. Agresszív vizekkel érintkező szerelvényeknél lényeges azok anyagának helyes megválasztása. A metán-tartalom szeparálása a robbanásveszély elkerülése érdekében lényeges. Egyes vizek olyan sok metánt tartalmaznak, hogy az a termálvíz mellett további gazdaságos energiaforrást jelenthet.

59 A legnagyobb probléma az elhasznált víz elhelyezése Esetenként mérgező hatása is lehet. mérgező anyagok (pl. arzén) akár a vízi élőlények tömeges pusztulását is okozhatják; Még viszonylag kis koncentrációjú oldott anyagtól is lehet kellemetlen szag, elváltozhat a szín; ha a lehűtött termálvízzel halastavakat töltenek fel, már csekély fenol tartalom is kellemetlen ízűvé teszi a halak húsát. A talajban szikesedést idézhet elő; Hőszennyezés.

60 Hazai gondok a gyakorlatban egylépcsős a hasznosítás; a hasznosítás szezonális, gyakran nincs mérés alacsony hatásfok; gyakorlatilag nincs visszasajtolás

61 Jövő (?)

62 Reálisan elképzelhető fejlesztési lehetőségek a közeljövőre vonatkozóan: fókuszban az áramtermelés

63

64

65 Környezeti terhelés - összefoglalás A létesítés időszakában: fúrási zaj; rétegrepesztés szeizmikus hatása (Bázel, 2006); Természetes hidrotermális rendszerekben, ha a kitermelés üteme lényegesen meghaladja a tároló vízutánpótlását, a konszolidáció miatt felszíni süllyedések keletkeznek. Az erőművek kevéssé zavaróak tájképi szempontból: kis területigény, alacsony építés, nem szükségesek magas tornyok. Egy geotermikus erőműnél az egységnyi teljesítményre eső hulladékhő 2-3-szor nagyobb a nukleárishoz képest. A hévíz vagy a gőz kitermelésekor az oldott komponenseket is felszínre hozzák, s az energiahasznosítás után elfolyó csurgalékvíz nagy mennyiségű környezetidegen anyaggal szennyezi elsősorban a felszíni vízfolyásokat. Célszerű ezen anyagok hasznosítására törekedni. A víztermelés jelentős vízszintsüllyedést okozhat. Hajdúszoboszlón és Szentesen jelentős (>50 m) vízszintsüllyedést okozott a visszasajtolás nélküli, több évtizedes hévíztermelés.

66 Sekély mélységű geotermikus hőenergia és egyéb környezeti hőforrások hasznosítása

67 Talajhő komponensei (W/m 2 ) napenergia eredetű 0,1 földhő eredetű

68

69 Áramfogyasztása ~6000 kwh/év egy átlagos háztartást feltételezve - kérdés, hogy milyen forrásból származik a villamos áram...

70 Elméleti hatásfok (Jóságfok) (COP = Coefficient of Performance) COP 3-4 (-5) A hőszivattyú leadott fűtőteljesítményének és teljesítményfelvételének az aránya. Egységnyi villamos energia felhasználásával mennyi (hányszoros mennyiségű) hőenergia állítható elő. a névleges COP értéket általában +7 C -os hőleadó közegre számítják - magyar éghajlati körülményeknek jobban megfelel a +2 C -nál mért COP érték Adott hőmérsékletű külső hőforráshoz tartozó elméleti mutató, pillanatny értéket jelent: vásárlási döntésre ez önmagában nem elegendő.

71 Gyakorlati hatásfok A hőszivattyús rendszerek gazdaságosságát az adott rendszerrel elérhető szezonális teljesítmény-faktor SPF [kwh/kwh] értéke határozza meg; SPF: Seasonal Performance Factor; Pontos értékét mérésekkel lehet meghatározni;

72 Nyitott és zárt rendszerű hőszivattyús megoldások Talajszonda Talajkollektor

73

74

75 Kisebb, olcsóbb változat: 0 C alatt rohamosan romló hatásfok, COP = 1. Nagyobb, nehezebb, drágább változat: C-ig képes +65 C-os vizet előállítani

76 Nagy mennyiségű alacsony hőmérsékletű közeg hőenergiájának egy részét elvonjuk és tartalmát átadjuk egy kisebb mennyiségű közegnek. Alapelv: ha a gázt összenyomjuk, annak a hőmérséklete nő (pumpálás), ha a molekulákat egymástól eltávolítjuk komprimáljuk a gáz lehűl (szódásszifon).

77

78 Development of heat pumps sales in 21 European countries: growth rates and

79

80 Éves hőszivattyú-értékesítés Németországban

81 Gazdaságosság osztrák árak alapján

82

83 Megítélése nem egyértelmű o Energetikai kiszolgáltatottság háztartási szinten; o Függ a meglévő energiarendszer környezeti teljesítményétől; o A villanyautók mellett a legnagyobb áramfogyasztó lehet Ugyanakkor o Hulladékhő alapon komoly erőforrásmegtakarítást eredményez o a rendszer rugalmasságát fokozó technológia (DSM) a jövőben fontos lehet! o Vízerőművekre alapozott rendszerhez illesztve ideálisan működhet (Heller László, 1948 Zürich városháza)

84

85