Energetika II. GEOTERMIKUS POTENCIÁLOK MAGYARORSZÁGON

Energetika II. GEOTERMIKUS POTENCIÁLOK MAGYARORSZÁGON Készítette: Beadás időpontja: Várkonyi Zsombor 2012. május

Bevezetés Emlékészem mikor még kisgyerekként Egerben a híres gyógyfürdőt övező patak mentén sétálva álmélkodva néztem, ahogyan a kiömlő forró vízből származó pára ködfelhőként takarja be az egész sétányt. Pár év múlva középiskolásként, már kezdett jobban érdekelni a jelenséghez kapcsolódó fizikai folyamat mikéntje. Mindezek után első féléves éves energetikai mérnök hallgatóként azon gondolkoztam mennyi energiát pazarolhat így el a strand és vajon mi lehet az oka, hogy hagyják kárba veszni a még nyári hőségben is észrevehetően párolgó forrásvízzel azt a rengeteg hőt. Azóta növekvő, ámde még így is csekély mérnöki tudásom és látásmódom birtokában már tudom, hogy a hétköznapi értelemben vett meleg víz hőhasznosítása szempontjából közel sem elegendő kritérium, hogy forró a folyadék. A hőmérséklet különbség és kinyerhető térfogatáram alapvető követelményein kívül felmerülhetnek a tényleges hőcserélő megvalósításával kapcsolatos problémák, úgy, mint sótartalom vagy éppen a gépészeti berendezések elhelyezésének kérdése a strand területén belül. Általánosságban pedig fontos azt megemlíteni, hogy a szárazföldek területét tekintve kivételesen ritkának mondható az, amikor a kinyerhető hőt a természetesen felszínre törő folyadék hordozza, hiszen legtöbb esetben külön víznyerő kutakra van szükség, hogy a vizet a mélybe vezetve onnan felszivattyúzhassunk vele némi energiát. Ezek után tehát nem kérdés, hogy a házi dolgozatom témájául Magyarország geotermikus potenciálját választottam meg általánosságban, kezdve az alapvető fogalmakkal és földrajzi adottságokkal, külön a termálvizek jellemzőivel, majd a hasznosítási lehetőségeken és problémákon keresztül, egészen a már kiépített példaértékű rendszerekig. Alapvető tények és tévhitek A geotermikus potenciálok témájáról nagyon sok, helyes vagy helytelen információt lehet hallani manapság. Az adott energiaforrás pártolói az egekbe emelik a felhasználási részarányt, a beruházási költségek említését pedig leginkább kerülik, vagy rögtön a rövid megtérülési időről olvashatunk sorokat. Ezzel szemben a jól ismert fosszilis források támogatói, vagy éppen a környezetet mindenáron védeni kívánó emberek az óriási kezdeti költségeket, a természet túlzott kiaknázását említik. A Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve 2010-2020 [1] című kiadványban ezt olvashatjuk: Geotermikus energia vonatkozásában Magyarországon a geotermikus gradiens jelentősen meghaladja a világátlagot, ami az Magyarország megújuló energiaforrásainak megoszlása 2010 ország egyik természeti kincse. A fenntartható erőforrás gazdálkodással összhangban az új kapacitások kialakítása során különös figyelmet kell fordítani ezen természeti kincsünk megőrzésére, ez általában a visszasajtolást vagy a megfelelő célú továbbhasznosítást teszi szükségessé. Jelentős potenciál rejtőzik a geotermikus energia hőellátásban történő szerepének növelésében, ami Magyarországon bizonyos területeken (pl. kertészetek) már jelenleg is elterjedt fűtési módozat Nos én erről azt gondolom, hogy a nemes célok és gondolatok ellenére a szöveg semmilyen 2. oldal

konkrétumot nem tartalmaz, a kedves olvasónak alig lesz jobb rálátása a témára, az egész írás olyan, mint ha ismeretterjesztő filmet néznék valamelyik televízió csatornán. Kicsit olyan érzésem támadt az olvasásakor, mint ha direkt nem lenne semmi adat megnevezve, nehogy 2020-ban számon kérjék a felelősöktől. Úgy gondolom, hogy egy ilyen kiadványt leginkább a témához értő szakember olvassa, de lehet, hogy egy szakács is érdekesebbnek tartaná, ha valahogy így hangozna: Magyarország a jól ellátott országok közé tartozik geotermikus energia szempontjából. Ennek oka a magas geotermikus hőmérsékleti gradiens (egységnyi hosszra eső hőmérséklet emelkedés a Föld magja felé haladva), ami az világátlag 3 C/100m-hez képest megközelítőleg 5 C/100m az országban. Annak ellenére, hogy Magyarország jelentős geotermikus energia készletekkel rendelkezik, a kapacitás nehezen kitermelhető, ezért különös figyelmet kell fordítani, a potenciálok maximális kihasználására a már telepített és az újonnan épülő helyszíneken is. Gazdasági szempontból is több tévhit terjed, melyek tisztázása elkerülhetetlen. Egyszer egy geotermikus energiáról szóló prezentáción az előadó cégigazgató viccesen azt mondta, hogy a hirdetésekben nagyjából annyi év megtérülési időt olvashatunk, mint ahány éves a telepítő vállalat. Mint utólag kiderült a szakembernek igaza volt, hiszen egy-egy geotermikus hőcserélő telepítése a céltól függően millióstól egészen milliárdos értékig nyúlhat, így általános összefüggéseket csak nagyon felületesen lehet megadni. Ebből következőleg minden egyes rendszer specifikus tervet igényel, a megtérülés rengeteg változó függvénye, és nem adható meg öt percen belül néhány alapadat ismeretében. Továbbra is nagyon felületes közelítésben az alábbi arányokat tekinthetjük kiindulási alapnak: Magyarországon jellemzően 1200-1500 méter mélyre kell lefúrni, hogy hasznosítható hőmérsékletű területre érjünk, ez körülbelül 70-80 millió forintos költséget jelent. Ehhez természetesen egy felsőrészt is ki kell alakítani, ami további kéthárom millió forint. Ha ezt kiépítettük, akkor még mindig csak a primer oldallal végeztünk. A kitermelési oldal után a szekunder következik, vagyis a felhasználási, amihez csatlakoztatni kell egy hőközpontot, valamint egy visszasajtoló rendszert is, ami további 40-60 millió forint összegű költség. Azonban még itt is elmondható, hogy a víznyerő kutak száma és a fúrás mélysége a földrajzi adatok függvénye, a szivattyúzási berendezések a szükséges térfogatárammal és a kútmélységgel állnak kapcsolatban, a hőcserélő egyértelműen a szükséges leadott hőmennyiségtől függ, míg a visszasajtolás akár el is hagyható, (bár ilyen esetben az EU jogszabályok alapján a forrás nem számít megújulónak, így a nyerhető pályázati források, támogatások köre is radikálisan szűkül). Geotermikus potenciálok eredete Magyarországon A geotermikus (régebben geotermális) energia földhő, vagyis a földkéreg belső energiája, melynek forrásai a magban lejátszódó nagy nyomású fázisátalakulások és radioaktív folyamatok. Ezek alapján a geotermikus energiát megújulóak csoportjába soroljuk, hiszen tagja az alapvető energia négyesnek: Nap, gravitáció, Föld forgása, és földhő, melyekre az összes többi visszavezethető valamilyen úton. Ez az energia hővezetés és sugárzás útján a kéreg felé továbbítódik, ahol a számunkra még lefúrással elérhető mélységben litoszféra kőzetei, vagyis maga a szilárd burok és az abban található fluidumok tárolják. Ebből következően Magyarország területén lévő jelentős potenciál egyik forrása a Kárpát-medence üledékes eredetű, porózus (ún. hot spot) kőzete, ami nem mellesleg a világ legnagyobb ilyen tulajdonságú tartománya. Ebben a földterületben jelentős mennyiségű nagy hőkapacitású folyadék található, melyet a porózus kőzet, mint egy szigetelés veszi körbe. Ennek azonban hátránya is van, mivel a szilárd övezet nem tud annyi energiát tárolni, így a kevés túlnyomásos területen kívül 3. oldal

Dr. Lorberer Árpád: A felső-pannon hévíztárolók elhelyezkedése a Kárpát-medencében [1] nagy részben kis entalpiájú (Hochstein 1990-as besorolása alapján a mélységi kőzet hőmérséklete 125 C alatti [1] ) készlet jellemző a medencére. További kedvező adottság, hogy a földkéreg 15-25 km-es vastagsága közel kétharmada a világátlagnak, így a felszínre törő földhő-áram jelentős, így nem szükséges olyan mélyre fúrni. Termálvizeink jellemzői Külön kiemelve a jelenleg feltárt termálvíz készletről elmondható, hogy nagyobb részét a miocén időszak közepén az ország területét elborító tengerből és az azt felváltó Pannon-tóból lerakódott homok és homokkő rétegek által tárolt hidrogén-karbonátos jellegű vizek teszik ki [3]. Az alföld területén a felszínhez közeli víztartó réteget a beszivárgó csapadékvíz kiszorította, így erre inkább kis klorid- és beoldott oxigén tartalom jellemző. Az idős, repedezett víztartó rétegben lévő termálvíz általában a régi és a friss víz különböző arányú keveréke. Mindezek a termálvizek gépészeti hasznosításának egyik legszükségesebb információi, mert a sótartalom rövid idő alatt jelentős károkat tud okozni egy egyszerű szivattyús rendszerben is, a hőcserélők hatásfokát pedig rohamos mértékben csökkenti a cserefelületre kirakódó vízkő. Az oldott, szilárd formában lerakódó sók mellett gázokat is találunk a termálvizekben. Ilyen például a metán, amely 1-1000 l/m 3 érték jellemző [7]. Ezt a vízben lévő baktériumok termelik nagyobb részben, míg kis mértékben a légkörből átszivárgó és beoldódó CO2 alakul át nagy nyomáson. A vízzel érintkező szénhidrogén telepekből óriási mennyiségű metán kerülne ki a készlet megnyitásakor, de a metán koncentráció állandóságából arra következtethetünk, hogy a gáz- és víz telelepek relatíve jól el vannak szigetelve, kicsi a gáz elszökése. Ennek gépészeti szempontból is nagy jelentősége van, hiszen a gáztalanító berendezés hőforrás igénye tovább csökkentené az amúgy is kevés kinyerhető energiát és jelentősen növelné a szivattyú védelme miatt szükséges leválasztóval a beruházási költségeket. Természetesen energetikai szempontból a hőmérséklet a legfontosabb információ, de ennek részletes leírása külön is megérne egy teljes elemzést. Röviden annyit célszerű megemlíteni, hogy a fent említett kis entalpia nem csak a kőzetekre, hanem a vízkészletre is jellemző, így a jelentős energiaigényű területeken több forrás egy időben történő hasznosítására lenne szükség. Az alábbi táblázatból látható, hogy az országban 4. oldal

felmért kutak teljes, csak energetikai célú kihasználásával megközelítőleg 3500MW energia lenne kinyerhető. Várható geotermikus hőhasznosítás visszasajtolás nélkül (2003) [6] Termálvíz források száma Kútfej hőmérséklet [ C] Kinyerhető ΔT [ C] 5. oldal Vízáram [1000m³/nap] Várhatóan kinyerhető energia [MW] 64 30-39,9 10 200 303 242 40-49,9 10 85 17 420 50-100 50 205 754 726 30-100 30 500 1250 Mindezeket látva tehát igazolódni látszik, hogy az ország geotermikus nagyhatalom lehetne, hiszen csak a termálvizeket kihasználva 3,5GW nyerhető ki. Mindezek ellenére, ha ennyi ingyen energia fekszik az ölünkben, használata miért nem éri el az ország energiafelhasználásának 1%-át sem? Ezt foglalom össze röviden a következő bekezdésben. Hasznosítási lehetőségek, akadályok Azt már láttuk, hogy 5-10PJ potenciál fekszik Magyarország alatt, de mégis ennek csak töredékét hasznosítjuk. Röviden összefoglalva a következő indokokat lehet megnevezni: kis entalpia, gépészeti hasznosítási problémák, lokalitás és nagy beruházási költségek. Megmagyarázásukat talán a legkönnyebbel kezdeném. Ahogyan, már fönt is írtam a legegyszerűbb hőcserélős rendszer kiépítése is minimum milliós nagyságrendű kezdeti költségeket von maga után. Amellett, hogy sajnos manapság kevesek engedhetik meg maguknak ezt, egész egyszerűen ez nem is része a magyar mentalitásnak. A legtöbb ember úgy áll hozzá, hogy ha már ott van a házban a kiépített földgázos rendszer sokkal kényelmesebb azt használni, a kazánt talán még ő maga is meg tudja bütykölni, ha valami baja van. Ha pedig lenne pénze valakinek új rendszer kiépítésére, akkor is elveszi a kedvét a teljes szabályozás és jogrendszer. A piaci viszonyok miatt, a nyereségesen működő termálhő hasznosítás jogilag rendezetlen, az állam nem támogatja a fejlesztéseket, sőt bizonyos helyzetekben a többszörös adóztatás miatt úgy érezheti az ember, mint ha kedvezmények helyett még külön szankciókat kellene megfizetnie. A gazdasági szempontokon túllépve, feltéve, hogy egyáltalán van valamilyen kihasználható hőforrás a szükséges területen, előjönnek a gépészeti szempontok. A teljes rendszer hatékonysága még ma is kicsi, rengeteg problémával jár a megfelelő sómentesítés és az ebből adódó karbantartás. Bár a mélyből való felhozatal mérnöki problémája már régen megoldott, a visszasajtolás mind a gépek, mint a földtani tulajdonságok szempontjából akadályba ütközhetnek. Ebből következően ma a hévíz termelése és hasznosítása országunkban extenzívnek tekinthető, visszanyomás lényegében alig alkalmaznak, a kitermelt mennyiség mérését pedig semmilyen jogszabály nem írja elő. Bár visszavezetés nélkül az EU besorolása alapján nem számít megújulónak, mégis sokan víznyelő kutak nélkül, és így persze ezek drága geológiai mérésének és pontos meghatározásának elhagyásával szeretnék a beruházási költségeket csökkenteni. Így lényegében a környezetkímélőnek induló geotermikus energia hasznosítás átcsap vízpazarlásba, miközben a energiahordozó rohamos ütemben fogy és további kinyerhető földhő hasznosításától esik el a felhasználó. Természetesen nem csak hátrányai vannak a geotermikus energia hasznosításának, hiszen akkor nem lenne annyi példa jól működő rendszerekre szerte az országban. Először is érdemes még egyszer megemlíteni, hogy a kezdeti beruházási

költségek megtérülése után a jól felépített rendszer nyereséges, a szivattyúk működtetéséhez szükséges betáplált energia költsége fele-harmada annak, amit a kinyert hő szolgáltatótól való vásárlása esetén fizetni kellene. A termálvíz hasznosításával, ha csak kis mértékben is, de csökkenthető hazánk importfüggősége, közel 1,5Mt/év olaj-egyenértékű kőolaj kiváltását képviseli hazánk hőenergia készlete csak a termálvizekkel [6]. Ezzel egyidejűleg a kiváltott fosszilis energiahordozók miatt csökkenthető a káros anyag emisszió és zárt, visszanyomásos rendszer esetén teljesen környezetbarát energiaforrást kapunk. Ha pedig nem sajtoljuk vissza, akkor sem kell teljesen elkeseredni, mert a vizek egy része a porózus kőzeten keresztül idővel önmagától pótlódik. Összességében, tehát azt lehet mondani, hogy megfelelő beruházás esetén valamilyen épület vagy alacsony hőigényű ipari/mezőgazdasági terület környezetbarát módon tud elszakadni a ma rohamosan növekvő költségeket mutató energiaellátási rendszertől részben vagy akár egészben. Hazánkban egyelőre nincsen tisztán geotermikus alapon működő villamosenergia-termelés, azonban itt is fontolóra kellene venni legalább a kapcsolt rendszer kiépítését, hiszen a megfelelő kutak rendelkezésre állnak. Kiemelkedő magyarországi geotermikus rendszerek Most, hogy már ismertek a magyar geotermikus potenciál általános jellemzői pár kiemelkedő példát szeretnék bemutatni. Az egyik, Európa szerte híres ilyen példa a hódmezővásárhelyi geotermikus rendszer. Tíz mélyfúrt kútból három különböző mélységből származik a felhasznált víz (30 32 C 600-650 m; 45 66 C 1000-1500 m; 75 90 C 1800-2500 m [4] ), amelyekkel 10MW a teljes kapacitás. Két kút 3000 lakás és számos középület számára szolgáltat használati meleg vizet. Három kút orvosi célú fürdőket működtet, míg kettő nyerő és kettő nyelő segítségével a város mintegy 50.000 lakosnak fűtését oldották meg. Az első gyógyászati célú kutat már 1974-ben lefúrták, azonban látva a feltörő meleg víz térfogatáramát és hőmérsékletét hamar kibővült a rendszer. A visszasajtoló kutak segítségével sikerült a megközelítőleg állandó körforgást kialakítani, így évente 350,000 420,000 m 3 víz kinyerésével a város szinte teljes hőigényét fedezni tudják. 2008-ban a teljes géppark felújításon és fejlesztésen esett át, így ténylegesen ez Magyarország legjobban kihasznált és legmodernebb geotermikus hő-hasznosító rendszere. Szegeden már 1960-ban több száz 1500-3500 m mély kutat alakítottak ki [5], amely abban a korban gépészeti szempontból is jelentős eredménynek számított Negyven még mind a mai napig működik ebből, a többit azonban a dokumentáció és a visszasajtolás hiánya és így a mélyrétegi kiszáradás kockázata miatt bezártak. A híres Székelysor nevezetű kútláncolat azonban a fúrás kezdete óta jól ellenőrzött vízszintű és nyomású, így ezt használják még ma is a többi forrás kihasználtságának kalibrációjához. Végezetül érdemes megemlíteni Szentes környékét, ahol 1958 óta harminc kút termel 60-90 C vizet. Kezdetben csak HMV ellátásra használták, azonban pár évvel később teljes távhő ellátó rendszer épült a termikus forrásra. Ma már mindkét felhasználási mód hőcserélőkön keresztül üzemel, a lehűtött vizet pedig visszasajtolás helyett a településen átfolyó Kurca patakba vezetik. 2000-ben a fűtött ezer-ötszáz lakáson kívül további 60 hektár mezőgazdasági terület melegítését oldották meg és további 35,000 m 2 baromfiudvar van ellátva speciális műanyag csöves hősugárzó rendszerrel. Ezekből a példákból is látható, hogy megfelelő tervezéssel és kivitelezéssel egész városokat ellátó és kisegítő struktúra alakítható ki, melyeknek és ma is csodájára járnak a mérnökök a kontinens minden részéről. 6. oldal

Konklúzió és jövőkép A fentiek tükrében több szempontból is rövid összefoglalást kell tennem. Először is talán a legfontosabb megemlíteni, hogy a geotermikus energia nem alternatív, csak additív forrás! Ebből következően bármely következtetés csak úgy vonhatunk le, hogy mint hőt kitermelő energetikai egységet nem önmagában, hanem egy meglévő rendszer kiegészítéseként, vagy kezdetektől fogva kapcsolt energiatermelési formaként foglalkozunk vele. Ezért is hiszem már elejétől elvi hibásnak azokat a megállapításokat, mik szerint mi lehetünk Európa energia-nagyhatalma és a földgáztól való importfüggésünket majd a földhő helyettesíti, hiszen nagyságrendileg sem áll közel egymáshoz a két energiaforrás kihasználtsága és technológiai lehetőségei. Érdemes megemlíteni azonban azt is, hogy a gépészeti technika fejlődésével és a fosszilis energiahordozók fogyásával egyre gazdaságosabbá válik a termikus energia kiaknázása, így remélhetőleg hamarosan a magyar kormány az EU-val karöltve eszmél rá erre és segíti elő a további fejlődését nálunk és szerte Európában. Ennek tisztázása után azonban nem kérdéses, hogy Magyarország olyan földrajzi és geotermikus adottságokkal rendelkezik, amely sokkal több mint kedvező. A megfelelő beruházási tőkét megtalálva és ésszerűen ráfordítva jelentősen csökkenthető lenne a jól ismert importfüggés, vagy legalább növelhető a jelen felhasználás hatékonysága. Bizonyos településeken például az önkormányzati épületeket vagy iskolákat lehetne fűteni, máshol pedig kapcsolt távhő és villamos energia rendszerrel akár egy egész városrész gazdaságosabban lehetne ellátható, ami a befektetés nagyságától függően akár 5-10 éven belül megtérülhetne. Ellenben pont ezt tartom egyben a geotermikus potenciál nagy hátrányának. Manapság mindenki azonnali eredményeket, gyors meggazdagodást szeretne a kormány pedig bele sem fog olyan projektbe, amelynek lehetséges befejezése egy új ciklusba tolódik át. Személy szerint tehát azt gondolom, hogy ésszerűen állva a dologhoz tényleg Európa geotermikus nagyhatalma lehetnénk és ez rengeteg előnnyel járna, de ez nem jelenti azt, hogy rögtön el kellene fordulnunk az összes többi fosszilis energiahordozótól. Források [1] NEMZETI FEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM, Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve, Budapest, 2010. [2] DR. ÁRPÁSI MIKLÓS, A termálvíz többcélú hasznosításának helyzete és lehetőségei Magyarországon, Kőolaj és Földgáz 35.évf. 9-10.szám, 2002. [3] VETŐ I., HORVÁTH I. TÓHT GY., A magyarországi termálvizek geokémiájának vázlata, Magyar Kémiai Folyóirat, 109-110. évf. 4.szám, 2004. [4] SZANYI J, KOVÁCS B., Utilization of geothermal systems in South-East Hungary, Geothermics, 39. szám, (357 364), 2009. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s037565051000043x) [5] JOHN W. LUND, Geothermal agriculture in Hungary, Science Direct, 1989. (http://www.hub.sciverse.com/action/redirect/citation/?targeturl=http %3A%2F%2Fgeoheat.oit.edu%2Fpdf%2Fbulletin%2Fbi008.pdf&pg=Searc h%c2%a0results) [6] DR. ÁRPÁSI MIKLÓS, Geothermal development in Hungary, Geothermics, 32. szám, 2003. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0375650503000786) [7] KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS VÍZÜGYI MINISZTÉRIUM, Magyarország felszín alatti vizeinek jellemzõit bemutató térképek (www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/terkepek/terkepek_index.htm) 7. oldal