EGS RENDSZER BEMUTATÁSA

Hasonló dokumentumok
MTA-ME ME Műszaki Földtudományi Kutatócsoport

Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

A geotermia új lehetősége Magyarországon: helyzetkép az EGS projektről

A geotermia ágazatai. forrás: Dr. Jobbik Anita

JOBBIK ANITA 1 SŐREG VIKTOR 2

EGS GEOTERMIKUS REZERVOÁR KIALAKÍTÁSÁNAK FŐBB KÉRDÉSEI

Gépészmérnök. Budapest

TERMÁLVÍZ VISSZASAJTOLÁSBAN

A landaui és az insheimi geotermikus erőművekben tett látogatás tapasztalatai

GEOTERMIA AZ ENERGETIKÁBAN

Danfoss Hőcserélők és Gömbcsapok

EGS Magyarországon. Kovács Péter Ügyvezető igazgató Budapest, június 16.

Erdélyi Barna geofizikus mérnök, geotermikus szakmérnök és Kiss László gépészmérnök, geotermikus szakmérnök

Geotermikus távhő projekt modellek. Lipták Péter

A geotermikus hőtartalom maximális hasznosításának lehetőségei hazai és nemzetközi példák alapján

Geotermikus szakirányú képzés

A GEOTERMIKUS ENERGIA

Geotermia Expressz Mérnöki Tanácsadó Iroda Kft. Kujbus Attila ügyvezető igazgató Kezeljük helyén az EGS típusú geotermikus erőmű lehetőségeit

Hajdúnánás geotermia projekt lehetőség. Előzetes értékelés Hajdúnánás

Ellenáramú hőcserélő

GeoDH EU Projekt. Budapest november 5. Kujbus Attila ügyvezető igazgató Geotermia Expressz Kft.

Hőszivattyús földhőszondák méretezésének aktuális kérdései.

ALKALMAZOTT ÁRAMLÁSTAN MFKGT600654

Nem konvencionális szénhidrogének, áteresztőképesség. Az eljárás nettó jelenértéke (16/30-as bauxit proppant esetén)

Geotermikus Energiahasznosítás. Készítette: Pajor Zsófia

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

A GEOTERMIKUS ENERGIAHASZNOSÍTÁS INNOVÁCIÓS LEHETŐSÉGEI MAGYARORSZÁGON KERÉKGYÁRTÓ TAMÁS

Sósvíz behatolás és megoldási lehetőségeinek szimulációja egy szíriai példán

Geotermikus energia felhasználása

Energiastratégia és ásványvagyon készletezés

Lemezeshőcserélő mérés

A fenntartható geotermikus energiatermelés modellezéséhez szüksége bemenő paraméterek előállítása és ismertetése

Megvalósíthatósági tanulmányok. Vecsés és Üllő geotermikus energia felhasználási lehetőségeiről

A hazai termálvizek felhasználásának lehetőségei megújuló energiaforrások, termálvízbázisok védelme

Geotermia az Önkormányzatok számára Szakmapolitikai Konferencia Szeged, május 28. Meddő CH-kutak geofizikai vizsgálatának

Komplex geofizikai vizsgálatok a Győri Geotermikus Projekt keretében 2012 és 2016 között

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Gondolatok a hazai medenceüledékek (leg)felső, felszín közeli tartományának geotermikus adottságairól. Dr. Papp Zoltán

Havasi Patrícia Energia Központ. Szolnok, április 14.

A GEOTERMIKUS ENERGIA TERMELÉS ÉS HASZNOSÍTÁS HAZAI ÉS NEMZET ZI GYAKORLATA

BINÁRIS GEOTERMIKUS ERŐMŰVEK TECHNOLÓGIAI FEJLŐDÉSE TŐL NAPJAINKIG

HŐKÖZLÉS ZÁRTHELYI BMEGEENAMHT. Név: Azonosító: Helyszám: K -- Munkaidő: 90 perc I. 30 II. 40 III. 35 IV. 15 ÖSSZ.: Javította:

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

II. INNOVATÍV TECHNOLÓGIÁK

AZ ÉPÜLETEK ENERGETIKAI JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA ENERGETIKAI SZÁMÍTÁS A HŐMÉRSÉKLETELOSZLÁS JELENTŐSÉGE

BETON A fenntartható építés alapja. Hatékony energiagazdálkodás

A Magyar Földtani és Geofizikai Intézet vízföldtani feladatai a változások tükrében

Specialitások: Nem-konvencionális kutatás/termelés, rétegrepesztés Piet Van Assche ügyv. DELCUADRA Szabó György ügyv. Falcon-TXM

ÉRTÉKVADÁSZAT A RÉGIÓBAN Small & MidCap konferencia a BÉT és a KBC közös szervezésében október 11. Hotel Sofitel Budapest

Felhagyott sze nhidroge n kutak geotermikus hasznosi thato sa ga

5. előadás. Földhő, kőzethő hasznosítás.

Dr.Tóth László

GÁZÁTADÓ ÁLLOMÁSOK GEOTERMIKUS FŰTÉSE Dr. Zsuga János PhD FGSZ ZRt.

Geofizika alapjai. Bevezetés. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr Vass Péter ME, Geofizikai Tanszék

Magyar László Környezettudomány MSc. Témavezető: Takács-Sánta András PhD

Hogyan mûködik? Mi a hõcsõ?

Folyadékok és gázok mechanikája

2010. Geotermikus alapú hő-, illetve villamosenergia-termelő projektek előkészítési és projektfejlesztési tevékenységeinek támogatása

Kun Éva Székvölgyi Katalin - Gondárné Sőregi Katalin Gondár Károly XXI. Konferencia a felszín alatti vizekről Siófok,

Dr. Tóth Anikó Nóra Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet

Szegedi Tudományegyetem Geotermia. Dr. Kiricsi Imre Dr. M. Tóth Tivadar

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Hogyan bányásszunk megújuló (geotermikus) energiát?

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Készítette: Csernóczki Zsuzsa Témavezető: Zsemle Ferenc Konzulensek: Tóth László, Dr. Lenkey László

Az aktív hőszigetelés elemzése 1. rész szerző: dr. Csomor Rita

Geotermikus energiahasznosítás engedélyezési eljárásai Magyarországon

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

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

MEGÚJULÓ ENERGIA MÓDSZERTAN CSG STANDARD 1.1-VERZIÓ

Az 55/2016. (XII. 21.) NFM rendelet a megújuló energiát termelő berendezések és rendszerek műszaki követelményeiről

A magyar geotermikus energia szektor hozzájárulása a hazai fűtés-hűtési szektor fejlődéséhez, legjobb hazai gyakorlatok

Hogyan segíti a hőmérséklet szelvényezés a kútvizsgálatot?

Dr. Tóth Anikó Nóra Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet

Folyadékok és gázok áramlása

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Fajhő mérése. (Mérési jegyzőkönyv) Hagymási Imre február 26. (hétfő délelőtti csoport)

Magyar Mérnöki Kamara Szilárdásvány Bányászati Tagozat Geotermikus Szakosztály tevékenysége

Hőtan (BMEGEENATMH) Gyakorlat A gyakorlat célja A gyakorlat eredményes végrehajtásához szükséges előzetes ismeretek Hőközlés

2.GYAKORLAT (4. oktatási hét) PÉLDA

GEOTERMIKUS ER M LÉTESÍTÉSÉNEK LEHET SÉGEI MAGYARORSZÁGON MGtE workshop, Szegvár június 9.

1. feladat Összesen 25 pont

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA MINTAFELADATOK

Thermal Response Test - Földhőszondás hőszivattyús rendszerek földtanilag megalapozott tervezése

MSZ EN :2015. Tartalomjegyzék. Oldal. Előszó Alkalmazási terület Rendelkező hivatkozások...10

Sz.G. - Gyakorlati mélyfúrás-geofizika 5. éves geofizikus hallgatóknak 1

A települési szilárd hulladéklerakókban keletkező bomlási hő kinyerésének- és hasznosításának vizsgálata

Művelettan 3 fejezete

Talajmechanika. Aradi László

Vízbesajtolás homokkövekbe

Visszasajtolás pannóniai homokkőbe

HARTAI ÉVA, GEOLÓGIA 3

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

EEA Grants Norway Grants A geotermikus energia-hasznosítás jelene és jövője a világban, Izlandon és Magyarországon

Használati meleg víz termelés

Folyadékok és gázok áramlása

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Átírás:

145 EGS RENDSZER BEMUTATÁSA ZSEMKÓ MÁRK Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar zsemkomark@gmail.com Absztrakt A geotermikus energiatermelés klasszikus megközelítésben, a természetes gőz- és forró vizek hasznosítását jelenti. A Föld elérhető geotermikus energiakészleteinek legnagyobb része azonban a forró és száraz kőzetekben található. A forró száraz kőzetek energiatartalmának kinyerése a kőzetben lévő vagy létrehozott (mesterséges) hőcserélő-felület és a benne áramló munkaközeg segítségével történhet. A technológia (Enhanced Geothermal System), olyan kőzetek hőtartalmát hasznosítja, melyek nem rendelkeznek természetes víztartalommal. A rendszer elméleti alapjai már a múlt század elején ismertek voltak (Charles Parsons, 1904), azonban a technológia műszaki kihívásai és legfőképp annak költségei sokáig gátat szabtak a rendszer létrehozásának. Az Európai Unió energiapolitikájában egyre hangsúlyosabb szerepet kapnak a megújuló energiák, közöttük a geotermikus energiahasznosítás is. A szerző, Ramey-féle hőtranszport modell (Ramey, 1962) alkalmazásának segítségével elkészített hőmérséklet-eloszlásokat vonja vizsgálat alá egy termelő és besajtoló kútpárban, amelyeket az ipari gyakorlatban is alkalmazott hozamok esetére készített el. Kulcsszavak: Geotermia, geotermikus energiatermelés, Enhanced Geothermal System, EGS, HDR 1. Bevezetés Az Európai Unió energiapolitikájának egyik törekvése a megújuló energiaforrások előtérbe helyezése. Magyarországon a megújuló energiaforrások hasznosítása már a múlt évszázadban elkezdődött (nap-, szél-, és vízenergia) formájában, azonban az országnak van egy reményekkel kecsegtető megújuló energiaforrása, amely jelenleg, még cseppet sem teljes körűen kiaknázott, ez pedig a geotermikus energia. Hazánk átlagos geotermikus gradiense másfélszerese az átlagos világértéknek (0,055 C/ km), amelyből következtetve sekélyebb mélységben elérhető az a hőmérséklettartomány, amelynek segítségével, nemcsak a földalatti szerkezetekben tárolt vizek hasznosíthatóak, hanem ezek a geológiai és geotermikus körülmények lehetővé teszik, olyan technológia létrehozását és alkalmazását, amely a földkéreg hőtartalmának elektromos áram előállítását célozza meg. 2. Az EGS bemutatása Az EGS (Enhanced Geothermal System) a földkéreg hőtartalmának elektromos áram előállítását célzó hasznosítása. Az EGS kialakításának lehetőségeit, a természetes vízbázist nem érintő, HDR (Hot Dry Rock) technológia alapozta meg (ARMSTEAD, 1987). A HDR zárt ciklusú rendszer, amelyben egy vagy több injektáló (besajtoló) kúton keresztül lejuttatott (a kőzet környezetéhez képest hideg) víz a technológiai hasznosítástól függően, a felszín alatt mesterségesen létrehozott repedésrendszeren keresztül áramolva felmelegszik, azon kőzet vagy réteg hőmérsékletére, amelyben létrehoztuk ezt a repedésrendszert. (az

146 1. ábra: Az EGS elemei (Kutas és Zsemkó, 2013) elektromos áram előállítást célzó hasznosítási hőmérséklet minimum 180-200 C). Ezután a keresztül áramlott és felmelegedett fluidum belsőenergia-tartalma egy vagy több termelő kúton keresztül a felszínre juttatva, felszíni hőcserélő technológia segítségével kinyerhető/ hasznosítható. Végezetül a hőcserélőrendszerből kilépő lehűlt fluidum további alternatív felhasználásra, vagy visszasajtolásra kerül, ezzel biztosítva a cirkulálandó munkaközeget (fluidumot) a repedésrendszerben. Az EGS elemeit az 1. ábra mutatja. EGS helyszínét tekintve elvileg bárhol kialakítható, hiszen a földkéregben kellő mélységben az elektromos áram előállításához elegendően nagy a hőmérséklet, azonban a mélyfúrási és hidraulikus repesztési költségek a mélységgel exponenciálisan növekednek, így a kutatások célja minél sekélyebb mélységben megtalálni a minél nagyobb hőmérsékletű rétegeket. A hőmérséklet értéke a mélységgel növekszik, a geotermikus gradiens értéke azonban a mélységgel változhat, eloszlása egyenlőtlen lehet, így a hőmérséklet eltérő meredekségű emelkedését is figyelembe kell venni a rendszer tervezésénél. A 2. ábra néhány speciális geotermikus adottságú európai terület hőmérséklet eloszlásait mutatja a mélység függvényében. Látható, hogy ezek a hőmérsékletek kis mélységben rendkívül magasnak számítanak, azonban észrevehető, hogy a magyar átlagos geotermikus gradiens felveszi a versenyt ezekkel a speciális területekkel, amelyek nem egész országra kiterjedő (csak egy kisebb területre jellemző) értékek. A geotermikus rezervoárok geológiai szempontból egyedi rendszerek, így működésük, és a felszíni technológiákkal ellentétben, minden helyszínen más. Az elmúlt évtizedek során a világ több pontján is folytak HDR és EGS kutatási projektek (Egyesült Államok, Franciaország, stb.). Ezek a példák jól mutatják, hogy az EGS rendszer kiépítéséhez nagyon alapos, megelőző kutatások szükségesek, amelyek esetén, ha a kutatások kedvező eredményeket mutatnak, még akkor is komoly felelősséget vállal egy befektető/ befektetői csoport a geotermikus rendszer kialakítása során. Egy ilyen rendszer kialakításának elvi lépései közül az első a megfelelő helyszín kiválasztása. A helyszínről abban az esetben kaphatunk előzetes információkat, ha azt előtte már megkutatták (általában olajipari kutatások által), vagy amennyiben nincs előzetes kutatási információ, akkor ezni a terület geofizikai és geológiai vizsgálatainak elvégzése rendkívül célszerű. A már meglévő geológiai és geofizikai információk birtokában kezdődik meg az első fúrás, amelyet kutatófúrásnak is nevezünk. Ennek segítségével a földtani adatok (hőmérséklet, rétegzettség, réteget alkotó kőzetek, stb.) pontosíthatóak. A kutatófúrás a rendszer kialakítását követően monitoring vagy besajtoló kútként hasznosítható a rendszer elemeként. A létesítés következő elvi lépése további termelő, illetve besajtoló kutak mélyítése, amelyek a rendszer egy részét fogják képezni

147 2. ábra: Néhány példa geotermikus gradiens eloszlásra Európa szerte. (Kutas és Zsemkó, 2013) és ezen keresztül történik meg a leendő cirkulációs munkaközeg (fluidum) injektálása/ termelése. A létesített kutak azonban nem csak az előbb említett termelési és injektálási folyamatot látják el, hanem ezekben végzik el a hidraulikus rétegrepesztési műveleteket, annak érdekében, hogy megfelelő repedésrendszer és fluidum kommunikáció alakuljon ki. A repedésrendszer létrehozását követően cirkulációs tesztekkel igazolják a kutak közötti kommunikációt, valamint a cirkulációs tesztek segítségével a mesterségesen létrehozott rezervoár tulajdonságai részletesebben megismerhetőek. A rendszer kiépítésének legvégső fázisa vagy munkafolyamata a felszíni technológia és infrastruktúra létesítése. Ez erőmű vagy erőművek segítségével valósulhat meg, amelyekben elektromos áramot generálnak a mesterségesen létrehozott rezervoárból érkező forró víz energiatartalmából. A rendszer kialakításának legkritikusabb kérdése, hogy sikerült-e jól kommunikáló és elegendően nagy felületű, repesztett hőcserélőt kialakítanunk több ezer méteres mélységben. Az első fúrás kritikus jelentőségű a rendszer létesítésének szempontjából, hiszen itt pontosítjuk a geofizika által megkutatott terület információit, azonban ez negatív eredményekkel is járhat, amely a projekt felhagyásával fenyegethet. A kutatófúrás a későbbiekben monitoring-vagy besajtoló kútként képezheti az EGS rendszer részét, így a kutatófúrások kútkiképzéseinek is meg kell felelnie az esteleges későbbi felhasználásra, ha a kutatási fázis eredményesen zárul a geotermikus rendszer kialakítására nézve. Az EGS rendszer központi elemét, a hőcserélőként működő repedésrendszert, a földtani közegtől függő rétegrepesztési technológiával hozzák létre, leggyakrabban tisztavizes, adalékmentes hidraulikus rétegrepesztéssel. A műveletet a rendszer összes kútjában célszerű elvégezni, annak érdekében, hogy megfelelő kommunikáció alakuljon ki a rendszer egy részét képező besajtoló és termelő kutak között. A rendszer kiépítésénél figyelembe kell vennünk a létesítés és az üzemeltetés során fellépő veszélyeket és nehézségeket, mint például: Az EGS technológiája világszerte, így Európában is kialakítás alatt van. 5MWe vagy annál nagyobb névleges teljesítményű EGS technológiájú erőmű még nem működik, sehol a világon. A vízkőkiválás gátlása, megakadályozása egy komoly technológiai kihívás, amely a rendszer működését befolyásolhatja. A kiképzett kutakat és a felszíni technológiát sújtó korrózió, amely elleni védekezés hatékonyságának növelése kiemelkedően fontos az megbízható és optimális üzemeltetéshez.

148 3. ábra: A Ramey hőmérsékletszámítási modelljének grafikus alapja 3. A geotermikus energiatermelő-rendszer vizsgálatára vonatkozó számítások A szerző a földkéreg tetszőlegesen lehatárolt részét tekintette az általa vizsgált geotermikus energiatermelő-rendszer tartományának, amelyben a geotermikus viszonyokat vizsgálta. A geotermikus energiatermelő rendszer esetén érdemes a teljes rendszert részeire, egységeire bontani, ebben az esetben az egyes részelemeket egyszerűbben tudjuk modellezni, vizsgálni. A szerző egy a jövőben esetlegesen létesíthető geotermikus energiatermelő-rendszer elemei közül, egy geotermikus kútpár (egy besajtoló és egy termelő kút) hőmérséklet-eloszlásainak leírását, illetve a repedésrendszer hő transzportjának vizsgálatát végezte el. (Bobok, 1999) A geotermikus kútpár hőmérséklet viszonyainak általános leírása A HDR rendszer,,hőbányászati munkaközegét, a vizet vagy egyéb fluidumot a besajtoló kúton keresztül juttatják el a repedésrendszerhez. A besajtoló kút hőmérsékletviszonyainak meghatározásához a Ramey-modellt használt fel a szerző, és függőleges szakasz hőmérséklet-viszonyainak vizsgálatához kijelölt egy megfelelő ellenőrző felületet melyre felírható a belsőenergia mérlegegyenlete. Ez a felület az egymástól dz távolságban lévő síkok melyek a cső szimmetriatengelyére merőleges helyzetűek és a termelőcső R 1B sugarú belső palástfelülete által képzett henger. Így: illetve a hővezetést leíró összefüggés, amelyekben ρ a víz sűrűsége [kg/m3], a víz kerületi átlagsebessége [m/s], az hengerpalást-felületre vonatkoztatott eredő hőátbocsátási tényező [W/(m 2 * C)], a cementpalást külső felületének hőmérséklete [ C], a cementpalást külső felületének sugara [m], a hővezetési folyamat által meg nem zavart hőmérséklet-eloszláshoz tartozó

Mélység (m) 1. táblázat: A számításhoz felhasznált rétegsor paraméterei és azok értékei Litológia Sűrűség (kg/m 3 ) Hőmérséklet ( C) Hőv. kép. (W/mK) 149 Gradiens ( C/km) 1112 pelit-pszammit 2500-2700 10-76 1,42-2,02 64,63 1795 pelit- pszammit 2500-2700 76-120 2,19-2,59 47,75 2693 dolomit 2800-2950 120-146 4,49 29,69 2905 mészkő 2700 146-154 3,04 41,09 3165 dolomit 2800-2950 154-160 4,49 30,81 3601 kvarc-porfir 2600 160-178 3,19 39,26 3635 kvarc-homokkő 2700 7,05 3998 gránit-migmatit 2550-2700 178-190 4,15 33,97 hőmérséklet érték [ C], a hővezetési folyamat által meg nem zavart hőmérsékleteloszláshoz tartozó sugár [m], a víz fajhője [J/(kg* C)], a kőzet hővezetési tényezője W/ (m* C)]. Majd a besajtoló kút hőmérséklet-eloszlását leíró egyenlet, amellyel a számításokat végezte a szerző a következő alakban írható fel (Ramey, 1962): ahol, a besajtolt fluidum hőmérséklete a vizsgált mélységben [ C], γ a területre jellemző geotermikus gradiens [ C/m], a felszíni hőmérséklet [ C], A kút szerkezetéből adódó reflexiós együttható [-], a besajtolandó fluidum hőmérséklete a haszosítás függvényében [ C], z a felszíntől számított mélység értéke [m]. A számításaimhoz felhasznált kőzetek paramétereit a 1. táblázat mutatja. Továbbá a geotermikus kútpár kútkiképzéseit a 2. táblázat mutatja, amelyből látható, hogy a vizsgált besajtoló kút 3933 méter mély, míg a termelő kút 4430 m. A kútpár esetében azonos rétegsorokat tételeztem fel, hiszen a létesítésnél ezek egymás közelében kerülnének elhelyezésre és távolságuk csak a besajtolt fluidum repedésrendszeren keresztüli felmelegedésétől függ. A termelő kút hőmérséklet és nyomásviszonyainak számítása hasonló a besajtoló kútnál már leírt módszernél, a különbség a hő- és folyadékáramlás iránya. A kútszerkezet és a kőzetkörnyezet eredő hőfluxusai megegyeznek, így a dz vastagságú rétegben: összefüggés, amelyben az az hengerpalást-felületre vonatkoztatott eredő hőátbocsátási tényező [W/(m 2 * C)], hengerpalást sugara [m], a cementpalást külső felületének hőmérséklete [ C], a cementpalást külső felületének sugara [m], a hővezetési folyamat által meg nem zavart hőmérséklet-eloszláshoz tartozó hőmérséklet érték [ C], a hővezetési folyamat által meg nem zavart hőmérséklet-eloszláshoz tartozó sugár [m], a kőzet hővezetési tényezője W/(m* C)], RF a fúrólyuk sugara [m], a termelt fluidum hőmérséklete a vizsgált mélységben [ C].

150 Szakasz 2. táblázat: A besajtoló kút kiképzésének adatai Lyuk átm. Béléscső átm. Hossz Geotermikus Gradiens Korrigált hővezető képesség (inch) (inch) (m) ( C/m) (W/m C) 1 22 18 667 0,06463 1,46 2 17 13 3/8 445 0,06463 2 3 17 13 3/8 369 0,04775 2,1 4 17 13 3/8 314 0,04775 2,39 5 12 1/4 9 5/8 896 0,02969 3,57 6 12 1/4 9 5/8 212 0,04109 2,58 7 12 1/4 9 5/8 260 0,03081 3,44 8 8 5/8 7 400 0,03981 2,62 9 8 5/8 7 57 0,03981 2,62 10 8 5/8 7 43 0,03397 4,77 11 8 5/8 7 170 0,03397 3,12 12 8 5/8 7 100 0,03397 3,12 A fluidumot termelő kút hőmérséklet-eloszlását leíró egyenlet, amellyel a számításokat végezte a szerző (Ramey, 1962): formulát kapjuk, ahol, a termelt fluidum hőmérséklete a vizsgált mélységben [ C], γ a területre jellemző geotermikus gradiens [ C/m], a felszíni hőmérséklet [ C], A kút szerkezetéből adódó reflexiós együttható [-], a kútba áramló fluidum hőmérséklete [ C], z a felszíntől számított mélység értéke [m]. A kútban a felszín felé áramló folyadék addig Szakasz 3. táblázat: A termelő kút kútkiképzéseinek adatai Lyuk átm. Béléscső átm. Hossz Geotermikus Gradiens Korrigált hővezető képesség (inch) (inch) (m) ( C/m) (W/m C) 1 22 18 667 0,06463 1,46 2 17 13 3/8 445 0,06463 2 3 17 13 3/8 369 0,04775 2,1 4 17 13 3/8 314 0,04775 2,39 5 12 1/4 9 5/8 896 0,02969 3,57 6 12 1/4 9 5/8 212 0,04109 2,58 7 12 1/4 9 5/8 260 0,03081 3,44 8 8 5/8 7 440 0,03981 2,62 9 8 5/8 7 30 0,03981 2,62 10 8 5/8 7 365 0,03397 4,77 11 8 5/8 7 332 0,03397 3,12 12 8 5/8 7 100 0,03397 3,12

151 A besajtoló kút kiképzési adatai Szakasz Lyuk átm. Béléscső átm. Hossz Geotermikus Gradiens Korrigált hővezető képesség (inch) (inch) (m) ( C/m) (W/m C) 1 22 18 667 0,06463 1,46 2 17 13 3/8 445 0,06463 2 3 17 13 3/8 369 0,04775 2,1 4 17 13 3/8 314 0,04775 2,39 5 12 1/4 9 5/8 896 0,02969 3,57 6 12 1/4 9 5/8 212 0,04109 2,58 7 12 1/4 9 5/8 260 0,03081 3,44 8 8 5/8 7 400 0,03981 2,62 9 8 5/8 7 57 0,03981 2,62 10 8 5/8 7 43 0,03397 4,77 11 8 5/8 7 170 0,03397 3,12 12 8 5/8 7 100 0,03397 3,12 A termelő kút kiképzési adatai Szakasz Lyuk átm. Béléscső átm. Hossz Geotermikus Gradiens Korrigált hővezető képesség (inch) (inch) (m) ( C/m) (W/m C) 1 22 18 667 0,06463 1,46 2 17 13 3/8 445 0,06463 2 3 17 13 3/8 369 0,04775 2,1 4 17 13 3/8 314 0,04775 2,39 5 12 1/4 9 5/8 896 0,02969 3,57 6 12 1/4 9 5/8 212 0,04109 2,58 7 12 1/4 9 5/8 260 0,03081 3,44 8 8 5/8 7 440 0,03981 2,62 9 8 5/8 7 30 0,03981 2,62 10 8 5/8 7 365 0,03397 4,77 11 8 5/8 7 332 0,03397 3,12 12 8 5/8 7 100 0,03397 3,12 melegszik, amíg hőmérséklete el nem éri a kőzetkörnyezet hőmérsékletét. A termelő kút kiképzésének adatait a 3. táblázat szemlélteti. 4. A repedésrendszer analitikus vizsgálata A geotermikus tároló belső energia tartalmának meghatározása geotermikus tároló, egy önkényesen leválasztott részrendszerét érdemes vizsgálni. A repedésrendszer vizsgálatánál a szerző azt állapította meg, hogy amennyiben elég hosszú ideig, tartózkodik a munkaközeg

152 4. ábra: A repedésrendszerben szerepet játszó tényezők (fluidum) a repedésrendszerben, akkor felmelegszik a tároló hőmérsékletére, ezért a kútelrendezés és a kutak közötti kommunikáció rendkívül fontos a rendszer hatásfokának vizsgálatánál. A résben kialakuló hőátadódási és áramlási viszonyok egyszerűbb meghatározása érdekében az alábbi egyszerűsítő feltételek alkalmazhatóak (Bobok,1999): vizsgált folyadékunk összenyomhatatlan, emiatt az áramlási és hőmérsékleti paraméterek számítása egymástól elkülönült. stacionárius áramlás. a hőcserélő-felület egy egybefüggő rés, melynek falai párhuzamosak. A résben áramló folyadék hőmérséklete kisebb, mint a kőzetkörnyezeté, emiatt a kialakuló kényszerkonvekció következményeképpen a fluidum hőmérséklete növekszik. A repedésben kialakuló termikus viszonyok a következő az 4. ábrán figyelhetőek meg. Stacionárius áramlásban a konvektív belső energiaváltozás a falon átadódó hővel tart egyensúlyt. Ekkor a belső energia mérlegegyenletét az alábbi alakban írhatjuk fel: ahol, a cirkuláltatott folyadék tömegárama [kg/s], a folyadék hőmérséklete az ellenőrző térfogatba való beáramláskor[ C], a hőmérsékletváltozás az ellenőrző térfogaton belül [ C], T F a fal hőmérséklete [ C], C a folyadék fajhője [J/kg* C]. Az összefüggésből meghatározható rendszer hőteljesítménye:

A repedés falának hőmérséklete: 153 5. Eredmények A szerző a 3. fejezetben ismertetett összefüggések (Bobok, 1999) (Bobok, 2012) (Tóth, 2012) és adatok segítségével készítette el a kutakban hőmérsékleteloszlásokat. Az adatok megléte után a PTC programcsalád Mathcad nevű programjával számította a szerző az alábbiakat: Átlagsebesség (v): [m/s] Ahol m a tömegáramot [kg/s], R1b a belső béléscső sugarát [m], a ρw pedig a víz sűrűsége [kg/m 3 ] jelenti. Reynolds szám (Re): [-] Ahol,a v átlagsebesség [m/s], R 1b a belső béléscső sugarát [m], a νw pedig a víz kinematikai viszkozitási tényezőjét [m 2 /s] jelenti. Prandtl szám (Pr): [-] Ahol, a ρ w a víz sűrűsége [kg/m 3 ], a νw a víz kinematikai viszkozitási tényezőjét [m 2 /s], a c w a víz fajhője [J/kg*K], a kair pedig a levegő hővezetési képessége [W/m*K] Nusselt szám (Nus): [-] Nu=0.0168 Re 0.83 Pr 0.42 Ahol, Re a Reynolds számot [-], Pr a Prandtl-számot [-] jelenti. Eredő hőátadási tényező (h 1b ): [W/m*K] Ahol, a kair a levegő hővezetési képessége [W/m*K], Nu a Nusselt szám [-], R 1b a belső béléscső sugarát [m] jelenti. Ezek után pedig meghatároztuk az eredő hőátviteli tényezőt (U 1b ) az alábbi képlet segítségével: Eredő hőátviteli tényezőt (U 1b ): [W/m 2 *K] Ahol, h 1b az eredő hőátadási tényező [W/m*K], kac az acél hővezetési tényezője [W/m*K], Rib a béléscsövek belső sugara [m], Rik a béléscsövek külső sugara [m], a kcem a cement hővezetési tényezője [W/m*K], RF a fúrólyuk sugara [m]. Reflexiós együttható (A): Ahol, m a tömegáramot [kg/s], R 1b a belső béléscső sugarát [m], U 1b eredő hőátviteli

154 5. ábra: Hőmérsékletváltozás 50 C-os fluidum besajtolás esetében 6. ábra: Termelt fludium hőmérsékletének változása mélység függvényében tényezőt [W/m 2 *K], f a tranziens hővezetési függvényt [-], cw a víz fajhőjét [J/kg*K], a kk pedig a kőzet hővezetési képességét [W/m*K] jelenti. Ezen tényezők meghatározása után a Microsoft Excel program segítségével a szerző elkészítette a besajtolási és termelési hőmérsékletprofilokat 5-10-15 és 20 kg/s tömegáramok esetére. A besajtoló kút hőmérsékletprofiljainak meghatározásánál a besajtolási hőmérsékleteket 50 C-al vette figyelembe. A hőmérsékletprofilok meghatározásánál az alábbi összefüggést felhasználva: A besajtoló kút hőmérsékletprofiljait a tömegáramok függvényében a 4. ábra szemlélteti. A fluidumot termelő kút hőmérsékletprofiljainak meghatározásánál a kúttalpi hőmérsékletet a repesztett tároló hőmérsékletével feleltettem meg, amely 185 C. A hőmérsékletprofilok meghatározásánál az alábbi összefüggést felhasználva: A termelő kút hőmérsékletprofiljait a tömegáramok függvényében 5. ábra szemlélteti. A TK hőmérsékletű folyadékból kinyerhető hőteljesítmény T B feltételezve, hogy az T B besajtolási hőmérsékletre hűl le a hőelvonás során: Végigkísérve a folyadék útját a rendszerben, visszaérkeztünk a körfolyamat kezdőpontjába, ahol az energiatartalmától megfosztott folyadékot újra visszasajtoljuk a

4. táblázat: A meghatározott névleges teljesítmények a tömegáramok függvényében Tömegáram (m) [kg/s] 5 10 15 20 P névl. (50 C) 1,80 MW 4,43 MW 7,17 MW 9,95 MW 155 HDR tárolóba. A felszínre érkező fluidum hőmérsékletének, illetve az erőművi hasznosítás hőmérsékletének a különbsége, valamint a tömegáram és a termelt fluidum hőkapacitásának a szorzata által elméleti teljesítmények határozhatóak meg a fenti összefüggés alapján. Az erőművi hasznosítás után a fluidum hőmérsékletét azonosnak tekintettük a besajtolási hőmérsékletekkel (50 C), és ezek alapján a szerző meghatározta a névleges teljesítményeket, amelyeket a 4. táblázat szemléltet. Hangsúlyozni kell, hogy ezek a teljesítmények a legoptimálisabb esetben teljesülhetnek csak, és ezek elméleti értékek, amelyek a rendszer megvalósulásánál, valószínűleg alacsonyabb értékek lesznek. 6. Következtetések Az EGS-ről leírt és bemutatott elméleti és működési alapok segítségével a geotermikus energiatermelő-rendszer létesítésének és tervezésének problematikái kiküszöbölhetőek. Az ismertetett összefüggések segítségével, elmondható, hogy munkaközeg (fluidum) a tömegáramok függvényében másképp melegszik fel, amíg a mesterségesen létrehozott repedésrendszerig leér. A repedésrendszeren keresztül áramolva kijelenthetjük, hogy a szerző által vizsgált összes tömegáram esetén felmelegszik a célréteg hőmérsékletére, és a termelési hőmérsékleteket ezen értékkel vehetjük figyelembe. A termelő kút hőmérséklet profiljainál kijelenthetjük, hogy a nagyobb tömegáramok esetében kevésbé hűl le a termelendő és cirkuláltatott fluidum. Ezen cikk komplex módon alátámasztja, hogy egy valós adatokra építő teoretikus EGS rendszerben hogyan változik a hőmérséklet a besajtolástól kezdődően a termelés végéig. Tekintettel a számításaok eredményeire (5-6. ábra, és 4. táblázatt), illetve arra, hogy Magyarországon több kiemelkedően nagy hőmérsékletű perspektivikus terület is van EGS rendszer kiépítésére nézve és egy esetleges sikeres demonstrációs projekt után több erőmű is létesülhet, amely további tapasztalatokkal, munkahelyekkel, segítené az ország gazdaságának javulását, energiafüggetlenségének növelését, környezetbarát iparának fejlődését. 7. Irodalomjegyzék Charles A. Parsons G. G. Stoney C. P. Martin (1904): The Steam Turbine as applied to Electrical Engineering, Institution of Electrical Engineerins, Journal vol. 33 no. 167, pp. 794-837. May 12. Armstead, H. Christopher H., Tester, Jefferson W: Heat Mining (1987): A New Source of Energy Chapman & Hall, United Kingdom. Ramey H. J. (1962): Wellbore heat transmission, J. Petroleum Technol., April,427 435. Jobbik Anita Dr., Milota Katalin Dr., Papp Katalin, Székely Szabó Tamás, Kiss Károly, Udvari Ferenc, Magyar Rudolf, Kiss Balázs Dr., Tóth József Dr., Csabai Tibor, Krusoczki Tamás György (2011): EGS geotermikus rendszer megvalósíthatóságának főbb kérdései, Első Közép- és Kelet-Európai Nemzetközi Olaj- és Gázipari Konferencia és Kiállítás, Siófok. Bobok Elemér (1999): Geotermikus energiatermelés, OKTK P0053-T. Tóth Anikó Nóra (2012): Bevezetés az áramlástanba, Miskolci Egyetem, Miskolc. Bobok Elemér (2012): Fluid Dynamics, Miskolci Egyetem, Miskolc. Kutas Dávid Zsemkó Márk (2013): Ehanced Geothermal System Magyarországon-A magyar geotermia jövője? TDK Konferencia Miskolci Egyetem.