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 2018. November 22-23.
A fosszilis energiahordozók jelentősége globális léptékben egyelőre megkérdőjelezhetetlen
A fosszilis energiahordozók jelentősége globális léptékben egyelőre megkérdőjelezhetetlen
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. 2021-ben a várható kapacitás: Optimista becslés: 935.5 GW Pesszimista becslés: 623.2 GW Forrás: Energia forrás, az MVM csoport szakmai lapja, 2017. 2. szám
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.
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
Elevation a.s.l. (m) 120 100 95 95 80 150 Kiemelkedő hazai természeti adottságok a geotermikus energia potenciál vonatkozásában W H 1 1000 Duna 500 0-500 -1000-1500 -2000-2500 -3000 90 95 100 120 110 100 110 100 150 150 50x exagerated elevation (m a.s.l.) Szeged Tisza land surface 130 120 120 150 110 200 1000 100 120 500 1000 90 95 500 200 85 100 80 H' 1 H 2 85 90 100 85 100 120 150 90 200? 500 200 150 H'' 1 1000 500 0-500 -1000-1500 -2000-2500 -3000 E Dövényi et al. 1982 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 Becsült hőmérséklet 5 km mélyen -3500-4000 -4500-5000 -5500 120 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 ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Hőmérséklet a medence aljzaton (Szanyi and Kovács 2007) 450000 500000 550000 600000 650000 700000 750000 800000 850000 900000-3500 -4000-4500 -5000-5500 C o 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
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: 6600-9000 l/min. MAL-PE-02 termelő kút Mélység: 1514 m Vízhőmérséklet: >90 C Hozam: 8 000 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
Geotermikus hőhasznosítás Európa országaiban előkelő hazai helyezés (EGC, 2016) DH - távfütés Agri - mezögazdaság Baln - termálfürdök Indiv egyéni fütés
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)
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 2017. ORC villamos erőmű kb. 11.8 MWe továbbá 62 MW hő, www.eu-fire.hu A tervezett fúrás technikai paraméterei az első EGS rendszerű hazai geotermikus erőmű kialakításánál
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
Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Battonya 25000 20000 15000 10000 5000 0 min max min max min max Miocene Mesozoic Paleozoic TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ SO4-
Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Fertőd 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 min max min max min max Quaternary Upper Pannonian Lower Pannonian TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ Mg2+
Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Fáb-4. 1986. 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 35000 30000 25000 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 3 9852,19 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 20000 15000 10000 5000 0 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
Conc. (mg/l) Igen változatos vízkémiai összetétel a hazai hévizek vonatkozásában a koncessziós területeken is Nagykanizsa-Nyugat 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 min max min max min max min max Lower Pannonian Miocene Mesozoic Paleozoic TDS Na+ Cl- HCO3- Ca2+ SO4-
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.
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
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 + +
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-2014-2015, Research and Innovation action Topic: Developing the next generation technologies of renewable electricity and heating/cooling Projekt azonosító: 654100 Futamidő: 2016.01.01.-2019.06.30. Projekt teljes költségvetése: 4,2 M EUR TRL: 4-5
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
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)
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
Az első hazai működő hidrotermális ORC geotermikus erőmű Turán mintegy 3 MW áram- és 7 MW hőtermelési kapacitással
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. 250 200 Gain/harvest Heat 150 100 50! 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)