FÖLDTUDOMÁNYI BSC SZAKMAI TÖRZSANYAG GEOTERMIKA Óraszám: 2+0 Kredit: 3 Tantárgyfelelős: Dr. Gyarmati Pál egyetemi magántanár DE TEK TTK Ásvány- és Földtani Tanszék Debrecen, 2005 1
A tantárgy megnevezése: Geotermika A tantárgy felelőse: Dr. Gyarmati Pál A tantárgy oktatója: Dr Kozák Miklós Heti óraszám: 2+0+0 Kredit értéke: 3 A számonkérés módja: kollokvium A tantárgy célja: A Föld energetikai rendszerének, a földhő Földünk fejlődésében betöltött szerepének, perspektivikus alternatív energiaforrásként való nemzetközi és hazai felhasználási lehetőségeinek megismertetése. A tantárgy tematikája: A hő fizikai jellemzői, hőmérséklet és mérése, alapvető hőtani jelenségek, hőbomlás, hőfejlődés, fajhő, égéshő, hőmennyiség, hőtágulás, hőáram, hőterjedés, hőtörténet. Földi energiafajták, a hő szerepe a külső és belső földövek anyag és energiaáramlási folyamataiban, az ásványok, kőzetek, fosszilis energiahordozók, nyersanyagok, magmatitok, üledékek, metamorfitok képződésében és átalakulásában. A magmatizmus, a tektonika és a geotermikus energia kapcsolata. A földi hőtér, hőáram és torzulásai. Geotermikus módszerek és alkalmazásuk a földtani és geofizikai kutatásban. Földünk hipertermális, valamint nagy és kis entalpiájú területei. Geotermikus rendszerek, termokarsztok, hévízmezők, gejzírek, hévforrások, fumarólák, geotermikus természeti és energetikai értékek. A hőkitermelés lehetőségei, mélységi hévíztárolókból, száraz meleg kőzetekből, hévforrásokból. Termálkutak, hőszondák, hőszivattyúk, geotermikus erőművek, fűtési és használati melegvíz előállítása, vezetékes hőszállítás, távhő szolgáltatás, hőveszteségek, kommunális és mezőgazdasági hasznosítás nemzetközi és hazai példákon keresztül. Európa és a Kárpát-medence geotermikus adottságai. Az energiafelhasználás szerkezete és a környezetvédelem. Ajánlott szakirodalom: Bobok Elemér (1987): Geotermikus energiatermelés Tankönyvkiadó Budapest p. 246. Bartófi István (ed)(1993): Energiafelhasználói kézikönyv Környezettechnikai Szolg. Kft. kiadvány, GATE Gödöllő p. 995. Egerer Frigyes (1986): Kőzetfizika Tankönyvkiadó Budapest Korim Kálmán (1981): Üledékes medencékben előforduló termálvizek kutatásának módszerei és eszközei MÁFI kiadv. Budapest p. 102. Kozák Miklós: Geotermika kézirat kari jegyzet Debrecen Suppe, John (1985): Principles of structural geology Prentice-Hall Inc. Englewood Cliffs, New Jersey p. 537. 2
A tantárgy részletes tematikája: ELŐADÁS Elsajátítandó ismeretek 1. hét A geotermika fogalma, feladata, helye a földtudományok rendszerében és kapcsolódásai más diszciplínák felé. A hő jelentősége az univerzum, valamint Földünk fejlődésében, természeti és antropogén folyamatokban. Az energiaválság jelei, az alternatív energiaforrások fejlesztésének és felhasználásának szükségessége és korlátai. Nemzetközi és hazai statisztikák. A geotermikus energia jövőbeli meghatározó szerepe. 2. hét Hőismereti alapfogalmak. Mi a hő? Energiafajták és a hő. A hőfejlődés és okai. A mechanikai, kémiai, sugárzási (fény), elektromágneses és magenergiák átalakulása hővé. A hő mérése, fajhő, égéshő, hővezető képesség és mérése. Furier kísérlet. Hőtágulás (lineáris és köbös, izotróp és anizotróp). A hő terjedése sugárzással, vezetéssel és áramlással. A hőcsere gyakorlati jelentősége, a hőhalál fogalma. 3. hét Égés és tüzeléstechnika. Az égés és az éghető anyagok, az égést segítő közeg, a gyulladási hő, az öngyulladás és a robbanás. Entalpia és az anyagi rendszerek típusai. Entrópia. A földi hőtér modellezhetősége és a ciklustörvény. A geotermika fejlődésének kezdetei, feltételei és lehetőségei. 4. hét A Föld, mint önszabályozó, fejlődésben lévő energetikai rendszer. A földi fejlődés kozmogenetikai előzményei és kezdete. A geoszférák kialakulása, anyag- és energiaáramlási rendszerei. A globális földi hőmérleg részei, belső és külső hőforrások. A litoszféra és a belső földövek szerkezete, fejlődése, a lemeztektonikai modell és hőtani vonatkozásai. Konvekciós magmaáramlási cellák és diffúz hőáramlás, hővezetés. A szerkezeti kéregdeformációk során ébredő energiák (pl.: frikciós hő). A magmatizmus mechanikai és termikus energiái. Számítási modellek, a vulkáni tevékenységet kísérő energiák mértékének becslésére. 5. hét Atmoszférikus termoenergiák és anyagáramlások. Hidroszférikus termoenergiák és anyagáramlások. A klímaövek hőtana. Az éghajlati tényezők földtörténeti változásai, a nagy felmelegedések és lehűlések geológiai nyomai, okai és következményei. A globális klímaváltozások és tanulságaik. 3
6. hét A litoszféra alkotóinak (ásványok, kőzetek, fluidumok) hőtani viselkedése, fajhő, égéshő, hőtágulás a természeti anyagokban. A hőfluxus fogalma, laboratóriumi és terepi mérése ásványokban és kőzetekben. A földi hőáram értékei, anomáliái, nemzetközi adatbázisa, térképi ábrázolása és eltérései a Föld kéregszerkezeti nagy egységeiben. A geotermikus mélységlépcső és grádiens, geotermikus fácies környezetek. A hipertermalitás, a nagy, közepes és kis entalpiájú környezetek kialakulása, fejlődése, változásai és állapotjellemzői. A hő szerepe az élővilág fejlődésében, a biomassza termelődésében és ennek kőzetképző és környezet átalakító folyamataiban. A hő szerepe az ásványok, kőzetek és asszociációik képződésében. átalakulásában, ezek természetes körforgásában. Fosszilis és recens geotermométerek. Magmás, üledékes és metamorf folyamatok hőmérlege, a hő szerepe az elemek vándorlásában, a nyersanyagtelepek kialakulásában, a kőzetciklusban. A hőtörténet nyomozásának lehetőségei. 7. hét A szénülés és szénhidrogénképződés viszonyai. A geotermikus folyamatok felszíni megjelenési formái szerkezetileg és vulkanológiailag aktív területeken (forró foltok, gejzírek, meleg források, exhalációk, fumarolák, mofetták). Termokarsztok kialakulásának feltételei és jelenségei. A geoendoterm rendszer kutatása, mélyfúrások geofizikai módszerek (pl.: termokarotázs) hőtani információi. A hévíztartó medencék adottságai. Geotermikus telepek táblás, gyűrődéses és vulkáni környezetben. 8. hét Földünk hipertermális területei, ismert geotermikus mezők típusai és főbb jellemzői, hőtermelési technikák és tapasztalatok a geotermikus hő kiaknázására a geotermikus energia hasznosításában élenjáró országokban (USA, Olaszország, Új-Zéland, Japán, FÁK államok). Fontosabb technikai megoldások vázlatos bemutatása példák segítségével (hőerőművek, HDR modell, CCC-program, föld alatti hőtárolás. 9. hét A kis és nagy entalpiájú geotermikus területek jellemzői és hőbányászati lehetőségei. Magyarország földtani adottságai és geotermikus energiatermelési 4
lehetőségei. Az alaphegység és fedőhegység fogalma, szerkezete, felépítése, fontosabb képződményei. A geotraverz, regionális geofizikai szelvények, térképek, valamint a mélyfúrásos kutatások tapasztalatai. Potenciális hőszolgáltató szerkezetek, hévíztároló képződmények és ezek feltárási, illetve termelési lehetőségei. A kiaknázatlan nagymélységű zóna. Mélységi hévíztárolók telephőmérséklete. Paleozóos hévíztárolók. Triász korú termokarsztjaink földtani szerkezete és hidrogeológiája Eocén korú hévíztartók. 10. hét Felső Pannon korú hévíztartó szerkezetek, hévízmezők és feltárásuk. Dél-alföldi régió Közép-Tiszavidék Szolnok-Debrecen vonal Egyéb területek Az álmosdi geotermikus kísérleti erőmű megvalósítási lehetőségei. A hévíztermelés vízháztartási és környezetvédelmi problémái. A vízvisszasajtolás technikája, szükségessége és korlátai. A természetes élővizek só-és hőszennyezése. 11. hét A környezetbarát hőtermelés lehetőségei, tapasztalatai külföldi és hazai példákon. Meglévő mélyfúrások felhasználása. Keringető folyadékos hőtermelés (pl.. Szolnok). A földhőszondás, hőszivattyús hőtermelés elve, technikája (vertikális és horizontális hőszondák, a megvalósítás gyakorlata és tapasztalatai. 12. hét Hőtermelés, hőfelhasználás és környezeti hőszennyezések antropogén környezetekben. Alapfogalmak, energiaforrások. Szén alapú energiaforrások. Kőszenek képződése, fajtái, készletei, termikus jellemzői. A világ széntermelése és felhasználása. Szénhidrogének képződése, alkotói, termikus jellemzői, készletei és telepadottságai, a szénhidrogén ipar. Hőkinyerés szenekből, égéstermékek, tüzelő berendezések Hőkinyerés szénhidrogénekből, olaj és gáztüzelés, az égéshő hasznosítása, a hőveszteségek csökkentése. 13. hét Ipari technológiák C- és CH bázisú hőtermelése, hasznosítása és veszteségei, a környezet hőszennyezésének mértéke. Ipari és kommunális gőzkazánok. Acél és alumíniumipari, egyéb kohászati és szilikátipari tüzelőberendezések hőforgalma és hőkibocsátása. 5
Hőenergiaforgalom a mezőgazdaságban. Lakossági, illetve kommunális hőfelhasználás és hőveszteségei (épületek, lakott területek). 14. hét Az antropogén hőszennyezés mértéke földünkön. Az antropogén hőkibocsátás összehasonlítása a természetben felszabaduló hőenergiákkal. Az üvegházhatást fokozó természetes és antropogén gázkibocsátás és veszélyei (ellentmondó modellek és vélemények). Földünk energiarendszerének egyensúlya, fejlődési modellek és trendek. A társadalom felelőssége, a várható jövő. 6