Nagy entalpiájú geotermikus rendszerek. Szanyi János Bíró Lóránt

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Nagy entalpiájú geotermikus rendszerek. Szanyi János Bíró Lóránt"

Árpád Török
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Nagy entalpiájú geotermikus rendszerek Szanyi János Bíró Lóránt

2 A geotermikus energia hasznosító rendszereket alapvetően a hasznosítandó hőmérséklet illetve a rendszernek a környezetével való kapcsolata szerint különböztethetjük meg. Alacsony hőfokú a rendszer, ha a réteghőmérséklet kisebb, mint 30 C. Magas hőfokú, ha a réteghőmérséklet nagyobb, mint 120 C. A kettő közötti hőmérséklet tartományt közepes hőfokúnak nevezzük.

3 Geotermikus energiaforrások hasznosítása Áramfejlesztés Hagyományos turbinák Szabad gőzkibocsátás Kondenzáló üzemek Binér üzemek Mesterséges rezervoárok (HDR, EGS)

asztenoszféra anyaga közelebb van a földfelszínhez.

5 A Föld belsejéből származó hő eloszlása nem egyenletes. Magasabb a geotermikus gradiens azokon a helyeken, ahol földkéreg vékonyabb, és az asztenoszféra anyaga közelebb van a földfelszínhez. Ilyen helyek a szubdukciós zónák és óceánközépi hátságok. Az elektromos áram termelésére alkalmas területek tehát a lemezszegélyek aktív zónáiban találhatók.

6 Magyarország geotermikus provinciái Magyarország a kontinentális lemezszegélyektől távol fekszik. A kedvező geotermális adottságokat a Pannon-medence kialakulása, mélybeli szerkezete magyarázza. A Pannon-medence süllyedése a miocénben kezdődött. A folyamatot erős vulkáni tevékenység kísérte. A tektonikai folyamatok hatására erősen tagolt morfológiájú medencerendszer jött létre, melyet viszonylag mély zónák, nagy kiterjedésű sekély medencék és süllyedést nem, vagy alig szenvedett területek alkotnak (Stegena, 1977, 1979, Dövényi et al., 1983). Hőmérséklet-eloszlás a negyedidőszaki rétegek feküjében A Pannon-medence kialakulása során a litoszféra és vele együtt a földkéreg elvékonyodott, a köpeny a felszínt km-re megközelíti, ami mintegy 7-10 km-rel vékonyabb a környező területekétől. Ez a köpeny-diapír jelenti azt a többlet-hőforrást, amely a Pannon-medencét ma is fűti. Valamint a Kárpát-Pannon régió Magyarország alatti részmedencéit több kilométeres vastagságban jó hőszigetelő tulajdonságú porózus üledékek töltik ki, ami a hő csapdázódást segíti. (

7 A hagyományos technológiák mellett a Föld hőjének felszínre hozásához valamilyen közvetítő anyagra van szükség, ami általában a víz (vagy gőz). Magyarországon két természetes termálvíz-rezervoár rendszer található. A harmadik típusú rezervoár a nagymélységű magmás vagy átalakult kőzetekben létrehozott földhőrendszerek. 1. A törmelékes üledékes kőzetekből álló felső-pannon-kvarter rezervoár, melynek legnagyobb mélysége ~2500 m. Ebben a mélységben a hőmérséklet C. Az ország kiterjedt részein akkumulál jelentős geotermikus energiát, amint azt az ábrából leolvasható. A felső-pannon kvarter rezervoár energiatartalma

8 2. A repedezett, karsztosodott mezozóos karbonátok alkotta rezervoár, amely az előzőnek az aljzatát képezi m-nél mélyebben található részein a hőmérséklet legalább 120 C, de geokémiai termométerek szerint pl. Fábiánsebestyénnél a hőmérséklet 200 C is lehet. A mezozóos rezervoár szűkebb kiterjedésű, mint a pliocén-kvarter, de nagyobb mélysége miatt általában magasabb hőmérsékletű termálvizet tartalmaz. A mezozóos rezervoár energiatartalma

9 Kristályos kőzetek elterjedése a Pannon medence aljzatában a geotermikus viszonyok feltüntetésével EGS projekt megvalósításához jól repeszthető, lehetőleg homogén kőzet szükséges, tehát az ország azon területei jöhetnek számításba, ahol nagy mélységben kristályos kőzetek alkotják a medencealjzatot. A térképen vöröses sraffozás mutatja ezeket, és a bordó foltok azok a területek, ahol a hőmérséklet az aljzatban már 3500m mélységben elérheti a 200 C-ot. Az ábra feltünteti ugyanakkor azokat a mélyfúrásokat, amelyek valóban nagy hőmérsékletű kőzeteket harántoltak. Csak a lilával jelölt fúrások azok, amelyekben ténylegesen >200 C-ot mértek. Ezek egyike sem érte el a medencealjzatot! Látnunk kell tehát, hogy az aljzat magas hőmérsékletének becslése nagy területeken csak kisebb talpmélységű fúrások adatainak extrapolációjával történt!

10 Kőzethőmérsékletek a preneogén aljzat tetején Megállapítható tehát, hogy EGS projektek tervezése, a megfelelő terület kiválasztása nagy gondosságot igényel. Azonban a fenti térkép megerősíti, hogy Magyarországon több potenciális terület is van ilyen projektek megvalósítására (pl. a Dráva-, a Makói-, a Békési-, a Nagykunsági- és a Derecskei medence környezetében). C o

A geotermikus energia hasznosítása 1. Közvetlen villamos-energia termelés (<150 o C) (http://www.eas.asu.

html) Gőz turbina generátor gőz a légkörbe kondenzáció után visszasajtolás - szárazgőz erőmű Az erőmű

11 A geotermikus energia hasznosítása 1. Közvetlen villamos-energia termelés (<150 o C) ( Gőz turbina generátor gőz a légkörbe kondenzáció után visszasajtolás - szárazgőz erőmű Az erőmű nagyságrendje lehet : - kis teljesítményű 1 2 MW teljesítménnyel (éves működés 8000 óra, 8-16 GWh) - közepes méretű 2 4 MW teljesítménnyel (éves működés 8000 óra, GWh) The Geysers - California

12 Szabad gőzkibocsátású rendszerek

13 1. Szabad gőzkibocsátású rendszerek >150 o C 2,5-5 MW e

14 Lardarello

15 2. Kondenzációs technológia Közvetlen villamos-energia termelés (<150 o C) Gőz turbina generátor gőz a légkörbe kondenzáció után visszasajtolás - kondenzációs technológia Otake - Japán

16 55-60 (110 ) MW Kondenzációs üzemek

17 Imperial Valley, Kalifornia

3. Közvetett (segédközeges, binér) villamos-energia termelés Fotó: ORMAT http://www.rise.org.au/info/tech/geo/index.

18 3. Közvetett (segédközeges, binér) villamos-energia termelés Fotó: ORMAT Közvetett (segédközeges, binér) villamos-energia termelésről beszélünk, ha a feltörő fluidum alacsony nyomású és hőmérsékletű ( o C), mert a fluidum nem kerül közvetlenül a turbinára, hanem egy alacsony forráspontú közegnek adja át a hőt. Ez munkaközeg általában szerves szénhidrogén (Organic Rankine Cycle ORC), vagy víz és ammónia keveréke (Kalina ciklus). Az áramtermelő geotermikus erőművek hatásfoka %. Ezért a maradék hulladékenergia jelentős hőhasznosítást tesz lehetővé elektromos áram előállítás után.

19 Binér üzemek

20 Rankine-ciklus másodlagos folyadék: n-pentán (izo-pentán, izo-bután) C Binér üzemek

21 lemezes hőcserélő

22 Kalina ciklus

23 Kalina-rendszerű erőművek Canoga Park, Kalifornia, 3,5 MW Husavik, Izland, 2 MW

4. Mesterségesen kifejlesztett földhőrendszer (Enhanced Geothermal Systems, EGS)

a jelenleg ismert technológiákkal csak >200 C rezervoárokból lehet termelni.

felszínről keringetett folyadékkal hozhatjuk fel a hőt.

24 4. Mesterségesen kifejlesztett földhőrendszer (Enhanced Geothermal Systems, EGS) Jelentősebb elektromos teljesítményt leadó (többször 10 MW) geotermikus erőműveket a jelenleg ismert technológiákkal csak >200 C rezervoárokból lehet termelni. Ehhez a hőmérséklethez tartozó mélységtartományban azonban általában már nincs elegendő kitermelhető termálvíz. Ezekben az esetekben a nagy mélységben repesztéssel összenyitott kutakból a felszínről keringetett folyadékkal hozhatjuk fel a hőt. Hasonló EGS projektre a térkép tanúsága szerint Magyarország nagy területein kedvezően sekély ( m) mélységben nyílhat lehetőség.

25 A jövő reménye EGS (Enhanced Geothermal System) Kulcs: Kiterjedt, megfelelő permeabilitású repedésrendszer kialakítása, nagy hőcserélő felülettel (Rybach, 2010)

26 2. Az áramfejlesztésre használt geotermikus energia-termelő kapacitás a világon között (Forrás: Rezessy, Szanyi, Hámor 2005)

Bertani, 2007 Fridleifsson, 2008 2004-ben világszerte 8,9 GWe kapacitás termelt 57 TWh árammennyiséget

A közvetlen hasznosítás globális megoszlása 72 országban a következő: épületfűtés 52% (ebből

27 Bertani, 2007 Fridleifsson, ben világszerte 8,9 GWe kapacitás termelt 57 TWh árammennyiséget 24 országban. A 2007-re szóló becslés 9,7 GWe teljesítményt és 60 TWh áramot ad. A közvetlen hasznosítás globális megoszlása 72 országban a következő: épületfűtés 52% (ebből 32%földhőszivattyúk), fürdés (gyógyfürdők, üdülés) 30%, mezőgazdaság (üvegházak, talajfűtés) 8%, ipari alkalmazás 4%, haltenyésztés 4%.

28 A geotermikus áramfejlesztés becsült jövőbeni fejlődési trendje, beépített teljesítmény (piros görbe) és előállított árammennyiség (kék görbe) formájában (Fridleifsson, 2008)

Geotermikus elektromos áramtermelő erőművek 2500 m alatt koncesszió Nincs geotermikus energiával elektromos áramot előállító erőmű 10-15 erre alkalmas

29 Geotermikus elektromos áramtermelő erőművek 2500 m alatt koncesszió Nincs geotermikus energiával elektromos áramot előállító erőmű erre alkalmas helyszínt ismerünk Magyarországon (karbonátos kőzetekben) EGS-re kiváló helyszínek (metamorfizálódott magmás kőzetek) Teszt termelés, Iklódbördöce (Kujbus A.)

30 Geotermikus elektromos áramtermelő erőművek a világban

31 Beépített erőművi kapacitások (GW) megújuló energiából (2008) (Renewables Global Status Report 2009) EU-ban és USA-ban 2008-ban több megújuló erőművi kapacitás épült, mint hagyományos!

Megújuló energia ágazatonkénti növekedése 2008-ban Szél - Erőművi kapacitás 29%-kal nőtt, eléri a

) Nap - Hálózatba kötött elektromos áram kapacitás 2008-ban 70 %-kal nőtt, 13 GW (Növekedésben

) - Melegvíz/fűtés kapacitás 15 %-kal nőtt, eléri a 145 GW th -ot (Németországban 200 000

GW-tal nőtt, jelenleg 52 GW (Közel felét a fejlődő országok adják, míg az EU 15 GW-ot ) -

32 Megújuló energia ágazatonkénti növekedése 2008-ban Szél - Erőművi kapacitás 29%-kal nőtt, eléri a 121 GW-ot (Kína 2010-re 10 GW-ot akart elérni, 2008-ban 12 GW-nál tart!) Nap - Hálózatba kötött elektromos áram kapacitás 2008-ban 70 %-kal nőtt, 13 GW (Növekedésben Spanyolország vezet 2,6 GW-tal nőtt 2008-ban!) - Melegvíz/fűtés kapacitás 15 %-kal nőtt, eléri a 145 GW th -ot (Németországban használati melegvíz rendszert helyeztek üzembe) Biomassza - Elektromos áramtermelő kapacitás 2 GW-tal nőtt, jelenleg 52 GW (Közel felét a fejlődő országok adják, míg az EU 15 GW-ot ) - Melegvíz/fűtés kapacitás elérte a 250 GW th -ot Biodizel, Etanol - Mennyisége 34 %-kal nőtt, az előállított etanol 67 milliárd l (422 millio barel), míg a biodizel 12 milliárd l (76 millio barel) volt 2008-ban

33 Geotermikus energia kapacitás növekedése 2008-ban Erőmű Áramtermelő erőművi kapacitás meghaladta a 10 GW-ot (4 % növekedés) Vezető hatalom az USA maradt (3 GW), ahol 2009-ben 120 projekt van fejlesztés alatt, több mint 5 GW kapacitással TOP 5 1. USA 2. Fülöpszigetek 3. Indonézia 4. Mexikó 5. Olaszország Fűtés Direkt hőhasznosítás/melegvíz előállítási kapacitás 15 GW th val gyarapodott így eléri az 50 GW th át, amin belül a földhőszivattyús hasznosítás 30 GW th val szerepel (20 %-os növekedés) TOP 5 1. Kína 2. Svédország 3. USA 4. Törökország 5. Izland

34 Becsült megújuló energia potenciál a világban

35 Az Európai Unió geotermiában számít Magyarországra! Mélységi geotermia fűtés-hűtés (EGEC becslése) Elektromos áram előállítás (2020-ig Magyarország 300 MW e, EGEC becslése) Csak ez a 3 GW e fejlesztés igényel X*10 9 befektetést 2020-ig!!!

Hasonló dokumentumok

Szanyi János. GEKKO - Geotermikus Koordinációs és Innovációs Alapítvány szanyi@iif.u-szeged.hu. Bányászat és Geotermia 2009, Velence

Szanyi János. GEKKO - Geotermikus Koordinációs és Innovációs Alapítvány szanyi@iif.u-szeged.hu. Bányászat és Geotermia 2009, Velence Magyarországi geotermikus energia hasznosítás eredményei, lehetőségei és korlátai Szanyi János GEKKO - Geotermikus Koordinációs és Innovációs Alapítvány szanyi@iif.u-szeged.hu Bányászat és Geotermia 2009,