www.huro-cbc.eu; www.hungary-romania-cbc.eu Megújuló energiaforrások vizsgálata Szabolcs-Szatmár-Bereg Szabolcs Szatmár Bereg és Szatmár megyék Satu Mare megyékben geotermikus atlasza Záhony Mándok Készítette: UNI-FLEXYS Egyetemi Innovációs Kutató és Fejlesztő Dombrád Közhasznú Kisvárda Nonprofit Kft. Rakamaz Ibrány Nagyhalász Demecser Vásárosnamény Kemecse Tiszalök Nyírtelek Baktalórántháza Fehérgyarmat Tiszavasvári Nyíregyháza Nagykálló Újfehértó Balkány Máriapócs Nyírbátor Nyírlugos Mátészalka Nagyecsed Csenger Satu Mare (Szatmárnémeti) Ambud Berveni (Börvely) Satmarel (Ombod) (Szatmárzsádány) Capleni (Kaplony) Moftinu Mic Madaras Carei (Kismajtény) (Mez madaras) (Nagykároly) Ardud (Erd d) Ghirisa Ady Endre (Érmindszent Adyfalva) (Géres) Beltiug (Krasznabéltek) Santau (Tasnádszántó) T nad (Tasnád) Bixad (Bikszád) Huta Certeze (Lajosvölgy) Certeze (Avasújfalu) Negre ti Oa (Avasfels falu) Vama (Vámfalu) Miskolc, Szeptember 2011 2011 1 Jelen tanulmány tartalma nem feltétlenül tükrözi az Európai Unió hivatalos álláspontját. Projektszám: HURO/0901/149/2.2.4.
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Szabolcs Szatmár Bereg és Szatmár megyék geotermikus atlasza Közreműködők: KOVÁCS Balázs, hidrogeológusmérnök (szerkesztő) VIRÁG Margit, hidrogeológusmérnök SZANYI János, hidrogeológus Iancu AVRAM, hidrogeológus és romániai szakértőkből álló csapata Stefan OLAH geológus, geotermikus szakértő KONECSNY Annamária, hidrogeológus MIKITA Viktória, környezetmérnök MIZSÁNYI Edit, környezetmérnök BERECZKI Norbert, projektvezető, UNI FLEXYS Kft. 2
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 1 BEVEZETÉS A projekt általános célja egy geológiai és geotermikus szempontból is összefüggő kép kialakítása a vizsgált, határon át nyúló Szabolcs Szatmár Bereg megyei valamint a Szatmár megyei területek között. A munka lehetőséget nyújt új, közös és határon átnyúló projektek létrehozására, a megújuló energiaforrások használatára a geotermika területén. A projekt általános céljait szem előtt tartva összeállítottunk egy atlaszt (térképsorozatot). Az 1: 500 000 méretarányú térképek célja a térség geológiai felépítésének bemutatása, a hidrogeológiai és geotermikus adottságok szemléltetése a vizsgált területen. A vizsgált geotermikus energia felhasználás széles körű: kezdve az alacsony entalpiájú hőszivattyús rendszerektől a közepes és magas entalpiájú meleg forró vizes rendszerekig. A térképi információk mind horizontális mind pedig vertikális értelemben korlátozottak, ennek következtében a jelenlegi ismerettségi szintet tükrözik. Számos területen nem áll rendelkezésre felhasználható információ, pl. a Pannon medence geológiai felépítésére vonatkozóan, más területekről pedig csak kevés ismerettel rendelkezünk. Az információhiányos területeket a térképek egyszerűsége szemlélteti. Abban az esetben, ahol megfelelő mennyiségű információval rendelkeztünk a területre vonatkozóan az eloszlást izovonalas térképekkel jellemeztük. Ennek ellenére fennáll a különböző hibák előfordulásának lehetősége, de megpróbáltunk mindent megtenni annak érdekében, hogy a hibákat kiküszöböljük egyrészt az összes elérhető adat összegyűjtésével, másrészt pedig az információk felülvizsgálatával, értelmezésével és értékelésével. Sok esetben problémát okozott a két ország önállóan elkészített geológiai, hidrogeológiai és geotermikus paraméter térképeinek összeillesztése, mivel az országhatáron általában eltérések adódtak. Ilyen esetekben megpróbáltunk csak azokon a területrészeken végezni módosításokat, ahol az eredeti térképek az adatok extrapolálásával készültek, itt a hibázás kockázata magasabb. Annak köszönhetően, hogy az információk csak azokon a helyeken kerültek átértékelésre, ahol mélyfúrási adat, vagy felhasználható közvetett ismeretanyag (pl. geofizikai kutatási eredmények) állt rendelkezésre, a térképek összeillesztési hibái kivédhetővé illetve elhanyagolhatóvá váltak. A rendelkezésre álló információk nagyon 3
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) sokfélék voltak: bizonyos esetekben rendelkeztünk a területre vonatkozóan mind fúrási, mind pedig kútadatokkal, más esetekben viszont az egyes részterületi térképeken nem minden esetben kerültek feltüntetésre a fúrási adatok. Mivel a cél a vizsgált terület jellemzése volt az összes összetartozó és rendelkezésre álló valamennyi hiteles információ egyidejűleg felhasználásra került. Nem volt célunk egy közös, azonos szintű információkkal feltöltött adatbázis létrehozása a két megye területére, hanem megpróbáltunk minden rendelkezésre álló, geológus és hidrogeológus szakértők által igazolt információt megjeleníteni a térképeken. Mivel az információk helyismeretet feltételeznek, ezért a határ mindkét oldalán geológus és hidrogeológus szakértőkből álló csoportot hoztunk létre, akik az első lépésben összegyűjtötték a saját területükre vonatkozó információkat, majd ezekből térképeket szerkesztettek ill. tendenciákat állítottak fel, végül a harmadik lépésben pedig összehangolva az információkat, a teljes, a két megyére kiterjedő egységes szemléletű térképpé alakították azokat. 2 A VIZSGÁLT TÉRSÉG ÁLTALÁNOS HÉVÍZFÖLDTANI VISZONYAI 2.1 Geotermikus adottságok A Föld magjában bekövetkező radioaktív bomlásból származó hő hatására kialakuló földi hőáramértékek Magyarországon nagyok (38 mérés átlaga 90,4 mw/m 2 ), miközben az európai kontinens területén 60 mw/m 2 az átlagérték. A vizsgált terület magyar oldalán ez az érték 80 110 mw/m 2, míg a román oldalon 70 90 mw/m 2 között változik. A felszínen kb. 11 C a középhőmérséklet, az európai átlagot meghaladó geotermikus gradiens mellett 1 km mélységben általában 60 80 C, 2 km mélységben pedig 100 130 C a kőzetek és a pórusvizek hőmérséklete. A tanulmányozott térségében a pannóniai korú képződményekre számított geotermikus gradiens 45 75 C/km között változik, az üledékes medencékben alacsonyabb, míg a hegyvidéki területeken a jobb hővezető képességű kőzetek miatt magasabb. 4
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Az ismert, jó vízvezető képződmények legnagyobb mélysége a Tiszavasvári Nyírbátor Nyíregyháza Csenger Szatmár vonal mentén meghaladja a 900 m t, utóbbinál az 1100 m t is, míg Érdmindszent térségében a 2000 m t. A Tiszavasvári Szatmár vonal mentén a hőmérséklet elérheti a 60, a Szamos árokban a 80 C ot is, míg az érdmindszenti süllyedékben meghaladhatja akár a 130 C ot is. 2.2 Hidrogeológiai viszonyok A földtani adottságok tárgyalását a Magyarországon elfogadott nevezéktan szerint végezzük. A területen található üledékes medencék süllyedése időben eltérő mértékben zajlott le. A miocén elején, illetve középső részében viszonylag lassú, a felső bádeniben gyors, a szarmatában és a pannónai elején lassú, az alsó pannóniai középső és felső részében illetve a felső pannóniaiban gyors ütemben ment végbe. A termális süllyedés intenzív szakasza a pannóniaiban zajlott le, amelynek következtében fokozatosan igen nagy, (1000 m t is meghaladó) vízmélységek alakultak ki. Így az üledékképződés jellege is megváltozott. Kiterjedt mélymedencék alakultak ki, környezetükben pedig a Kárpátok egyidejű kiemelkedése jelentős mennyiségű üledékanyagot szolgáltatott a vízgyűjtő terület folyóinak. A medencében a legfőbb behordási irányok elsősorban ÉK felől alakultak ki, amelyeket hatalmas deltarendszerek képviseltek, bár apróbb nagyobb vízfolyások minden irányból elérték a medencét. A mélymedencékben először hemipelágikus márgák rakódtak le, (Endrődi Formáció), ezt követően finomhomokos turbiditek, illetőleg gravitációs üledékek (Szolnoki Formáció). A turbiditek fölött, a sekélyebb medence területeken pedig a hemipelágikus márgákon az Algyői Formáció vastag agyagos aleuritos képződményei települnek. Legfőbb jelentősége ennek az összletnek, hogy ez alatt, illetve ebben már mindenütt túlnyomást tapasztaltunk, amely a vastag üledéksorok kompakciója nyomán alakult ki, e vastag záró (pontosabban rossz vízvezető ) képződménynek köszönhetően. E képződmény felső részében már megjelenhetnek homokrétegek. A túlnyomásos területek jelentősége geotermikus szempontból kettős: egyrészt az ezek alatt elhelyezkedő alaphegységi tárolókban is (természetes állapotban) a hidrosztatikusnál 5
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) nagyobb nyomású a hévíz, és a természetes vízáramlások innen irányulnak a tisztán hidrosztatikus területek felé. Ezeken az alaphegységi részeken minden esetben jelentősebb a hévizek sótartalma is. A túlnyomásos öv ezen kívül a felette települő nyitott porózus hévízadók vízminőségi jellegét a medence több részén is jelentős mértékben befolyásolja, a gyakorlatilag elhanyagolható mennyiségi hozzájárulás ellenére. Az egész Kárpát medence legjelentősebb hévíztárolóit a homokos aleuritos partmenti, elsősorban delta környezetben képződött üledéksorok jelentik (Újfalui Homokkő képződményei). A homokkőtestek deltafronton képződött torkolati zátonyok, illetve deltaágakban lerakódott mederkitöltések lehetnek; kisebb jelentőséggel bírnak, de nem elhanyagolhatók az egyéb parti homokok. A homokköveket deltasíkságon, mocsarakban, kisebb öblökben lerakódott agyagos aleuritos, lignitcsíkos rétegek tagolják. Ez a képződménycsoport átlagosan 2 300 m vastagságú lehet, de ki is maradhat. Ez már a hagyományos értelemben vett felső pannóniai sorozat része, amely nem jelent időszintet, hanem, mint az értelmezésből is kitűnik, fáciesekről van szó, amelyek a medenceperemek felől fokozatosan közelednek a medencebelső felé, és feltöltik azt. Említésre méltó, hogy ez a formáció nem csak a legjobb hévíztárolókat, hanem az ország legnagyobb szénhidrogén előfordulásának, Algyőnek a legjobb telepeit is tartalmazza. A felső pannóniai képződmények vastagsága a Csenger Baktalórántháza Tiszavasvári térségében megközelíti az 1000 m t. A vízadó képződmények permeabilitása 50 200 md között változhat, a jól vezető homokrétegek permeabilitása elérheti az 500 md t. A Romániai adatok alapján hasonló eredményre jutunk. A Szamos árokban, a pannóniai (pliocén) képződményekben, főleg a geofizikai elektrokarotázs szelvények segítségével, megkülönböztethető egy felső összlet, melyben dominálnak a porózus szemcsés (40%) formációk. Jellemző még az alsó pannon általában monoton agyag márgás formáció felső részén a jó vízadó gyengén cementált homokkő rétegek megjelenése 1000 1500 méter között. Ezért a leírások az alsó és a felső pannon határ meghatározása sokszor ellentmondásos. 6
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Vízföldtani hidrodinamikai szempontokat is figyelembe véve a leghelyesebb, ha összevontan egy pannon összletről beszélünk (összpannon komplex), melynek feküszintjét a legmélyebben fekvő vízadó réteg alját tekintjük. A Szamos árokban ezek a rétegek 1500 méter alá is süllyedhetnek, míg Érdmindszent térségében 2000m nél is mélyebben találjuk. Az említett fő pannóniai hévízadó rétegsor fölött a felszínig tartó felső pliocén és negyedidőszaki folyóvízi összlet található. Az itt lévő homokos, helyenként kavicsos övek adják a térség ivóvízkészletének jelentős részét. A felső pannóniai hévízadó rendszer hidrodinamikailag összefügg a felette lévő hidegebb ivóvizes rendszerekkel. 3 A TÉRKÉPEK CÉLJAI ÉS TÉRKÉPLEÍRÁSOK 3.1 1. oldal Dokumentációs alaptérkép A dokumentációs alaptérkép célja a vizsgált terület zavaró fedvények nélküli bemutatása. A térkép a megyéket, az országhatárokat, városokat, falvakat, főbb közlekedési útvonalakat, és a felszíni vizeket ábrázolja. A dokumentációs alaptérkép képezi az alapját az atlaszban szereplő további térképeknek. A térképek vetületi rendszere UTM (Universal Transverse Mercator) 34N zóna, a vetítési alapfelület a WGS84 ellipszoid. Minden térképet azonos vetületi rendszerben (UTM) ábrázoltunk, függetlenül attól, hogy az országra jellemző eredeti vetületi rendszer Romániára vonatkozóan Sztereografikus Vetületi rendszer (Delaul Piscului Stereo 1970), Magyarországra vonatkozóan pedig EOV (Egységes Országos Vetületi rendszer) volt. 3.2 2. oldal Morfológiai térkép A morfológiai térkép a terület domborzati viszonyait mutatja be izovonalas térképen. A digitális terepmodell adatokból szerkesztett térkép célja a további térképek jobb értelmezhetőségének biztosítása. Bizonyos esetekben a geometriai adatok mélység adatokból származtak, ekkor a felület abszolút magasságának megismeréséhez szükség volt a mélység adatok tengerszint feletti magasság adatokra való átszámítására. Más esetben 7
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) viszont abszolút geometriai információkkal rendelkeztünk, ahol a morfológiai adatok segítségével lehet a mélységet kiszámítani. 3.3 3. oldal A pleisztocén rétegösszlet vastagásági térképe A hőszivattyús rendszereket elsősorban a pleisztocén alluviális rétegre lehet telepíteni. A területen megtalálhatóak azok a magas szivárgási tényezővel jellemezhető kavicsos rétegek, ahol lehetőség nyílik nyitott hőszivattyús rendszereket termelő kutakkal és elszivárogtató műtárgyakkal (kutak, drének stb.) kiépíteni. Más területeken a pleisztocén rétegre lehet a függőleges fúrólyukban elhelyezett hőcserélőket (BHE) telepíteni, de síkkollektoros rendszerek is létesíthetők. A vastagsági térkép bemutatja ezen rétegek területi kiterjedését. 3.4 4. oldal A pleisztocén fekü mélysége A pleisztocén összlet feküje általánosságban azt a felületet mutatja, ami alatt települő, a közepes entalpiájú rendszerek kialakítására alkalmas felső pannóniai összlet kezdődik. A térkép a pleisztocén és a felső pannóniai réteg határának abszolút tengerszint feletti magasságát szemlélteti. 3.5 A felső és alsó pannóniai összlet vastagság és feküszintvonalas térképei A felső pannóniai képződmények a legfontosabb közepes és magas entalpiájú vizeket tartalmazó összletet alkotják. A felső pannóniai összleten belül 30 40 % ot képvisel a homokot, homokkövet tartalmazó rétegek aránya, szivárgási tényezője pedig 0.5 és 5 7 m/nap közötti. A legtöbb helyen a felső pannóniai vízadók, hidrodinamikai kapcsolatban állnak egymással. Az alsó pannóniai rétegek dominánsan agyagos, iszapos vízrekesztő képződmények, melyek sok helyen aleurolittá, agyagkővé és márgává tömörödtek. Néhány delta formációba sorolható üledéktest tartalmazhat több kevesebb homokos üledéket, amely mobilis felszín alatti vizeket tartalmazhat. 8
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Magyarországon a felső és alsó pannóniai rétegek könnyen elkülöníthetőek, Romániában viszont az felső és alsó pannóniai összletet együtt kezelik. A határ meghatározása a két sorozat között geoelektromos mérési szelvények értékelésén alapul: az alsó pannóniai összletben a vízadók aránya drasztikusan lecsökken. A geofizikai mérési szelvényeken alapuló réteghatár meghatározásnak köszönhetően a pontos mélységek és vastagságok nehezen határozhatóak meg. A térképi ábrázolás alapja a szakértők által ismert fúrások adatai, valamint regionális és szubregionális területek mélység térképei. A Magyarországra vonatkozó térképek a Magyar Állami Földtani Intézet térképeinek figyelembevételével készültek. Romániában a tektonikai események hatására nagy magassági eltéréseket okozó mozgások következtek be, ezért a felületeket csak az ismert törésrendszerek melletti szakadások figyelembevételével lehetett ábrázolni. Magyarországon a medence süllyedése egyenletesebb volt, ezért a rétegösszlet határokat folytonos felülettel jellemeztük, annak ellenére, hogy bizonyára számos vető található a vizsgált területen. 3.5.1 5. oldal A felső pannóniai összlet vastagsága A felső pannóniai összlet vastagsági térképe mutatja a Kárpát medence kifejlődését, a medence határainál az összlet elvékonyodik, miközben a román oldalon két mélyebb medence található, melyek alkalmasak lehetnek új geotermikus projektek megalkotására. 3.5.2 6. oldal A felső pannóniai összlet fekümélység térképe A felső pannóniai összlet feküjének magassági térképe figyelembe veszi az összletre települő pleisztocén képződmények vastagságát. A medence legmélyebb pontja Adyfalva közelében található, ahol a fekü kb. 2300 m mélyen található a felszín alatt. 3.5.3 7. oldal Az alsó pannóniai összlet vastagsága Az alsó pannon összlet vastagsági térképe több bizonytalanságot tartalmaz összehasonlítva a többi vastagsági térképpel, ami a már korábban említett alsó, és felső pannon rétegek 9
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) problematikus elkülönítésének tudható be, továbbá bizonyos esetekben az összlet vastagságának meghatározásánál néhány a feküben található korai pliocén és miocén réteg is figyelembe vettük. A mélység felé haladva, a bizonytalanság egyre inkább nő, erre a térkép felhasználásakor tekintettel kell lenni. 3.5.4 8. oldal Az alsó pannóniai összlet fekümélység térképe Az alsó pannóniai rétegek fekü térképe a romániai oldalra vonatkozóan főként közelítő adatokon alapul, Magyarországra vonatkozóan a Magyar Állami Földtani Intézet geológiai térképeinek információit tudtuk felhasználni. 3.6 9.oldal Gravitációs (Bouguer) anomália térkép A Bouguer anomália térkép az interneten publikált, A Pannon medence jelenkori geodinamikájának atlasza (ELTE 2001 2004) c. munka egy lapjának adaptációja. Ez a térkép azért került bele az atlaszunkba, mert a gravitációs geofizikai mérésekkel ki lehet mutatni a nagyobb és a kisebb sűrűségű kőzettesteket. A mi esetünkben az alacsonyabb sűrűségű üledékek a nagyobb sűrűségű alapkőzeten helyezkednek el, ezért a Bouguer anomália nagysága összefügg a laza üledékformációk vastagságával, azaz a medence mélységével. 3.7 10. oldal A földkéreg vastagsági térképe A földkéreg vastagsági térképe szintén az interneten publikált A Pannon medence jelenkori geodinamikájának atlasza (ELTE 2001 2004) c. munkából vett adaptáció. A térképet, mint a geotermikus viszonyokat jellemző általános információt közöljük. 3.8 11. oldal A litoszféravastagsági térképe A litoszféra vastagsági térképe A Pannon medence jelenkori geodinamikájának atlasza (ELTE 2001 2004) c. munkából vett adaptáció. Ezt a térképet is, mint a geotermikus viszonyokat jellemző általános információt közöljük. 10
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 3.9 12. oldal Földi hőáram sűrűség térkép A földi hőáram sűrűség térkép szintén az interneten publikált A Pannon medence jelenkori geodinamikájának atlasza (ELTE 2001 2004) c. munkája alapján készített adaptáció. A térkép jellemzi a geotermikus készletek megújulóságának térbeli eloszlását. Mivel a geotermikus energia alacsony sűrűségű (70 110 mw/m 2 ), ezért lehetséges annak túltermeltetése. Ezen térségekben a geotermikus rezervoár utánpótlódása fontos tényező, ami a földi hőáram sűrűséggel jellemezhető. 3.10 Hőmérséklet térkép Mért helyi hőmérséklet adatok, geotermikus gradiens térképek és más válogatott információk képezték a térkép alapját. A hőmérséklet eloszlásokat az atlaszban korábban már bemutatott mélységi térfelületekre számítottuk. A geotermikus gradiensből számított hőmérséklet értékek esetén a felszíntől 10 m re 11 C os évi átlagos hőmérsékletet vettünk figyelembe. 3.10.1 13 oldal A pleisztocén fekü hőmérséklet eloszlása A térkép a pleisztocén réteg feküjének hőmérséklet eloszlását mutatja be. Látható, hogy a pleisztocén rétegek vize dominánsan hideg, kivéve Nyírbátor térségét, ahol a mélység nagyobb, a rétegvizek hőmérséklete a 20 C ot is meghaladhatja. 3.10.2 14. oldal Hőmérséklet eloszlás a felső pannóniai réteg feküjében A felső pannóniai réteg feküjében várható hőmérséklet eloszlás térképén Adyfalva térségében a nagyobb fekümélység miatti pozitív anomália tapasztalható. A hőmérséklet abban a térségben akár a 120 C ot is elérheti. 11
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 3.10.3 15. oldal Becsült hőmérséklet eloszlás az aljzaton Az aljzat hőmérséklet eloszlásáról a román oldalra vonatkozóan nem áll rendelkezésre információ és a magyar oldalra vonatkozóan is csak becsült adatok állnak rendelkezésre a Magyar Geológiai Szolgálat és Szanyi János munkái alapján. 3.11 16. oldal A felső pannóniai összlet geotermikus gradiens térképe A pannóniai összlet hőmérséklet gradiens térképeit a két szomszédos ország között a korábban említett megoldással hoztuk összhangba. Annak ellenére, hogy a geotermikus gradiens ott alacsonyabb, ahol az üledék vastagabb, a hőmérsékletek mégis magasabbak a medence mélyebb pontjaiban. Az alacsony geotermikus gradiens ennek következtében az alacsonyabb hővezetőképességű laza üledékekben fordul elő, összehasonlítva a tömörödött kőzettestekkel. 3.12 Izoterm felület számítások A geometriai adatok, valamint a rendelkezésre álló geotermikus gradiens térképek felhasználásával három (50, 80 and 100 C) izoterm felület terepszint alatti mélységét számítottuk ki. A számítási módszerből kifolyólag túl, és alábecsült értékek is előfordulhatnak a térképek határainál, ahol jellemzően a reálisnál nagyobb geotermikus gradienst számítottunk az üledékes összlet kis vastagsága miatt. 3.12.1 17. oldal Az 50 C os izoterm felület terep alatti mélysége A 600 900 m es mélységközre jellemző 50 C os izoterm felület helyzete a laza üledékek geometriájától függ. Az izoterm felület Románia területén általában mélyebben található mint Magyarországon. 12
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 3.12.2 18. oldal A 80 C os izoterm felület terep alatti mélysége A 80 C os izotermának két minimum helye van. Az egyik Dombrád Baktalórántháza térségében, a másik pedig egy határon átnyúló terület, mely Fehérgyarmaton kezdődik és a romániai Szatmárnémeti és Ombod térségében végződik. 3.12.3 19. oldal A 100 C os izoterm felület terep alatti mélysége A 100 C os izoterm felület lefutása a 80 C os izoterm felületéhez hasonlóan alakul, de ez az izoterma 1500 2000 m es mélységben fekszik a vizsgált területtől függően. 3.13 Pleisztocén kavicsos vízadók A Szatmári síkság kavicsos vízadója nagy jelentőséggel bír a nyitott hőszivattyús rendszerek alkalmazása szempontjából. A háromoldalú (román magyar belga) NATO Tudomány a Békéért SQUASH projekt keretein belül már jellemezték ezt a határon átnyúló áramlási rendszert. Az itt megszerkesztett térképet adaptáltuk jelen projektünkhöz. A térképen lehatárolt felszín alatti vízadó összlet áramlási rendszere hidroizohipszákkal és szivárgási vektorokkal került szemléltetésre. A pleisztocén összleten belül két részt különítettek el egy felső kavicsos vízadót és egy mélyebben fekvő homokos kavics vízadót. Mindkettőt a következő térképeken mutatjuk be. 3.13.1 20. oldal A felső pleisztocén kavicsos vízadó hidrodinamikai térképe A sekély pleisztocén réteg térképén bemutatjuk a vízadóra szűrőzött kutakat, valamint az uralkodóan DDK ÉÉNy i áramlási irányokat. 3.13.2 21. oldal Az alsó pleisztocén kavicsos vízadó hidrodinamikai térképe A pleisztocén rétegösszlet mélyebb részét főként ivóvíz ellátásra használják, ennek következtében a felszín alatti vizek áramlási rendszere itt sokkal befolyásoltabb, ami a hidroizohipszás térképen is jól látszik. Erre a hidrogeológiai egységre számos helyi kutat is szűrőztek. 13
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 3.14 Szivárgási tényező térképek Az összes rendelkezésre álló szivárgási tényező értéket három különböző térképen jelenítettük meg, melyek a 22 24. oldalakon találhatók. Az értékek több esetben az elvégzett szivattyú tesztekből származnak, más esetben Dupuit Theim iteráció segítségével, hozamdepresszió értékpárokból számítottuk őket. A térképen a szimbólumok területének nagysága a szivárgási tényező értékeivel arányos, tehát a nagyobb jelhez magasabb szivárgási tényező érték tartozik. A kis, és közepes mélységű (< 90 m), pleisztocén rétegre szűrőzött kutak szivárgási tényező értékeit a 22. oldalon mutatjuk be, a mélyebb szintre szűrőzött kutak térképe a 23. oldalon található, míg a pannóniai összletre szűrőzött kutakat a 24. oldalon található térkép szemlélteti. Kapcsolódó térképek: 22. oldal: A felső pleisztocén képződmények szivárgási tényező értékei 23. oldal: Az alsó pleisztocén képződmények szivárgási tényező értékei 24. oldal: A felső pannóniai képződmények szivárgási tényező értékei 3.15 Vízadó hőmérséklet térképek A vízadó rétegek vizének hőmérséklet térképei a jelenlegi ismeretességi szinten adnak áttekintést a felszín alatti vizek hőmérséklet eloszlásáról. A könnyebb kiértékelhetőség érdekében a hőmérséklet tartományokat (0 20, 20 30, 30 40, 40 50, 50 60, 60 70 és 70 80 C) különböző színekkel ábrázoltuk, valamint a szimbólumok nagysága arányos a kutak szűrőzésének középmélységével. Ez az ábrázolási mód szükséges ahhoz, hogy bemutathassuk, egy adott területen a különböző hőmérsékletű vizeket az egyes, eltérő mélységekben. Kapcsolódó térképek: 25. oldal: A pleisztocén rétegre szűrőzött kutak vízhőmérséklete 14
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) 26. oldal: A pannóniai rétegekre szűrőzött kutak vízhőmérséklete 3.16 27. oldal Balneológiai térkép A balneológiai térkép mutatja azokat a területeket, ahol gyógyfürdők, termálfürdők, iszapfürdők működnek balneológiai és wellness célokat szolgálva. Legtöbbjük összefügg a termálvizekkel (mély kutak), ahol lehetségessé válhat a hulladékhő jövőbeli felhasználása. Ahol már működnek termálfürdők, ott jó a lehetőség wellness központok, egészségügyi központok, hotelek létesítésére, annak érdekében, hogy hőpiacot létesítsünk a feltárt geotermikus készletekre. 3.17 Fajlagos hőkészlet térkép A fajlagos hőkészlet térképet a rétegek geometriája, a számított hőmérséklet eloszlások alapján határoztuk meg. A számítások során feltételeztük a vízadó és vízrekesztő összletek állandó átlagos arányát. A felső pannóniai rétegek esetében korrekciós tényezővel vettük figyelembe azt, hogy a vastagabb kifejlődésű összleteken belül a vízrekesztő képződmények részaránya megnő. Adott mennyiségű H 0 hőkészlet Muffler és Cataldi (1976) nyomán az alábbi képlettel számítható: n c n c T T A z H 0 1 m m w w 2 1 ahol n porozitás sűrűség c fajlagos hőmérséklet T 1, T 2 hőmérséklet a vizsgált térrész a felső és alsó határán 15
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) A terület z a réteg vastagsága m, w a tömör kőzetmátrixot és a pórusfolyadékot jelölő index. Mivel a fajlagos hőkészlet az egységnyi felületre vonatkoztatott abszolút hőkészlet, ezért H s H A 1 n c n c T T z 0 m m w w 2 1 A számítások során a kőzetmátrix fajlagos hőkapacitását agyagos kőzet esetében 3000 KJ/m 3 K, homokos, kavicsos vízadóban 1400 KJ/m 3 K értékűnek becsültük. Vízre a 4179 KJ/m 3 K hőkapacitás értéket fogadtuk el. A pleisztocén összlet esetében a térfogat 45 % át tekintettük vízadónak, a felső pannóniai összlet esetében ez az érték 25%. A célunk a térkép elkészítésénél egy összehasonlító fajlagos hőkészlet eloszlás meghatározása volt, ennek megfelelően a térképet egyfajta közelítő számításként kell elfogadni. Kapcsolódó térképek: 28. oldal: A pleisztocén rétegekben tárolt fajlagos hőkészlet 29. oldal: A felső pannóniai rétegekben tárolt fajlagos hőkészlet 3.18 30. oldal: Potenciális hőpiac térkép A geotermikus energia felhasználása két pilléren nyugszik: az egyik a hőkészletek hozzáférhetősége, a másik pedig az ugyanott rendelkezésre álló hőpiac. A térképen ezért a hőfelhasználó létesítményeket ábrázoltuk. A legnagyobb tartós hőfogyasztó a lakosság, ezért a népességi adatokat is feltüntettük a térképen, ahol a szimbólumok nagysága arányos a lélekszámmal. A térképen továbbá feltüntettük az ipari tevékenységet is. A jövő ipari potenciálját az ipari parkok jelenlétével jellemeztük. Ezen a térképen azonban már nem tüntettük fel a balneológiai szempontból fontos területeket (a 27 es térképen már korábban bemutattuk), melyeket azonban a jövőben megvalósuló geotermikus projektek esetében pozitív hatótényezőként kell figyelembe venni. 16
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Sajnos a mezőgazdasági tevékenység területi megoszlására vonatkozó adatokkal nem rendelkezünk, annak ellenére, hogy ez az ágazat az országhatár mindkét oldalán igen jelentős. 3.19 31. és 32. oldal A geotermikus hőszivattyúk telepíthetőségi térképei Ezek a térképek mutatják be a geotermikus hőszivattyúkra vonatkozó korlátokat és pozitív tényezőket. A 31. oldalon a földtani korlátozó tényezőket ábrázoltuk. Egy hőszivattyú telepítésének számos módja van. Nyitott rendszerek esetében a sekély zónában (max 10 m mélységig) települő nagy szivárgási tényezőjű réteg jelenléte szükséges. A vízszintes hőcserélő rendszer (talajkollektor) kiépíthetőségének lehetőségét csökkenti, ha a felszínen vagy a felszín közelében kemény kőzet található. A vertikális szondák (BHE) telepíthetősége függ a mélységtől (max 100 200 m), amin belül kerülendő a kemény kőzet megfúrása. A térkép bemutatja az ismert korlátozó tényezőket, valamint bemutatja a víz víz geotermikus hőszivattyúk telepítésére potenciálisan alkalmas területeket. A 32. oldalon kijelöltük a legkedvezőbb területeket a földi hőáram nagysága és a felszín közeli rétegek szivárgási tényezője alapján. Ahol a vízadó szivárgási tényezője 15 m/d feletti, ott jelentős szivárgás alakulhat ki, ami a szondák teljesítményét akár 30 40 % kal is megemelheti, továbbá a magas szivárgási tényezőkkel jellemezhető képződményeknél lehetőség van nyitott rendszerekkel koncentrált hőkivételt elérni. A földi hőáram nagysága jellemzi a térség hőkészletének utánpótlódási potenciálját. A legjobb, legtöbb féle geotermikus hőszivattyús rendszer konfigurációt megengedő térségekben az átlagosnál nagyobb földi hőáram, átlagosnál nagyobb szivárgási tényezővel párosul. 3.20 33. oldal Az összes oldott anyag térképe Az egyik legfőbb technikai problémát a hévízhasznosítás során a kitermelt termálvíz kémiai összetétele jelenti. A magas oldott anyag tartalom megnöveli a csövek, valamint a 17
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) geotermikus rendszer összes további elemei korróziójának kockázatát, mindemellett a magas sókoncentrációjú vizek elhelyezése és elszikkasztása is nagyon problémás. A magas sókoncentrációjú termálvíz visszasajtolása megoldhatná a problémát, viszont ez új technológiai problémákat vet fel az injektáló rendszer fenntarthatósága terén. A vázoltak vezettek oda, hogy legalább a kitermelt hévizek néhány kémiai tulajdonságát bemutassuk. Első lépésben a 33. oldalon található térképen feltüntettük az összes oldott sótartalom értékeit, ahol a szimbólumok nagysága a sótartalommal arányos. 3.21 34. oldal Távfűtési potenciál térkép A hévízhasznosítás jelenleg leggazdaságosabb módja nagy hőmennyiségek esetén a távfűtésben történő hasznosítás. A lehetőségeket a rendelkezésre álló vizek hőmérséklete, illetve a hőpiac határolja be. Térképünkön megjelöltük azokat az 5000 főnél nagyobb népességű településeket, ahol feltételezhetően számos közösségi célt szolgáló épület vagy épületcsoport található, melyek fűtésénél szóba jöhet geotermikus energia felhasználása. A nagy lélekszámú településéken, ahol hőközpontok üzemelnek, megvalósítható lehet a hőközpontok geotermikus energián alapuló üzemeltetése. 4 GEOTERMIKUS HŐHASZNOSÍTÁS LEHETŐSÉGEI 4.1 Direkt hévíz hasznosítási javaslat A termálvizek energetikai hasznosításának módja a közvetlen (direkt) hőhasznosítás. A földhő közvetlen hasznosítása igen sokrétű, amiből néhány különösen jellemzőt az alábbiakban ismertetünk. A kommunális fűtés lakások és közintézmények fűtését jelenti. Leggyakoribb megoldási módja az, hogy távfűtési rendszerek hőtermelő egységeiben (kazánházakban, fűtőművekben) a fűtési visszatérő víz fölmelegítését végzi a termálvíz egy központi hőcserélőn keresztül. A csúcs igényeket általában segédenergiával elégítik ki. 18
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) A fűtéshez hasonlóan lehet használati melegvizet előállítani hőcserélő segítségével a hálózati ivóvízből. Megfelelő tervezés esetén a HMV készítés igen jó hatásfokkal képes a termálvizet lehűteni. Ehhez a fogyasztási csúcsok kiegyenlítését, és a cirkulációs hőveszteség pótlási módját kell jól megválasztani. Minőségétől függően a termálvíz akár közvetlenül is felhasználható használati melegvízként. Ebben az esetben a víz kezeléséről is gondoskodni kell, pl. gáztalanítani, vastalanítani stb. Magyarországon a növényházak, fóliasátrak fűtése a legelterjedtebb hasznosítási mód. Gyakori, hogy a termálvíz energiáját először hőcserélővel csökkentik, majd utána vegetációs vagy talajfűtést alakítanak ki. A növényházak és fóliasátrak fűtésével a termálvíz energiája általában nagyobb hőlépcsővel hasznosul, mint a kommunális fűtésnél. Alkalmazott gyakorlat Magyarországon is a terményszárítás, azaz a különböző gabonafélék, a napraforgó és a kukorica nedvességtartalmának csökkentése szárítótoronnyal, de létezik az alacsonyabb hőmérsékletet igénylő paprikaszárítás és gyümölcsaszalás is. Végül, de nem utolsó sorban, a balneológiai hasznosítást kell említeni. A termálvíz jelentős része ugyanis az a gyógy és termálfürdőkben hasznosul. A leghatékonyabb hévíz hasznosítási rendszer a komplex, többlépcsős hasznosítású kaszkád rendszer. Ez alatt az előző hasznosítási módokat több hőfoklépcsőben magába foglaló rendszereket értjük, melyek az egységnyi mennyiségű termálvízből a legnagyobb hőmennyiséget hasznosítják. Hévíz hasznosításra legalkalmasabbak a pannóniai komplex vízadói. Ezek legmélyebben a már említett Csenger Nyíregyháza Nyírbátor Tiszavasvári Szatmár vonal mentén, illetve Érdmindszent közelében találhatók, így ezekben a térségekben van leginkább lehetőség az energetikai és balneológiai hasznosításra. Egy potenciális geotermikus rendszert vázolunk fel Csenger példáján, mely a többi helyszínre is általánosítható, ahol legalább 1,5 2 MW os hőpiac van. Csenger térsége a Túr Kraszna közötti részen elterülő Szamos völgye legkeletibb része magyar oldalról, román oldalról pedig Románia Nyugati síkságának északi része. A terület 19
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) mélyszerkezeti viszonyairól, magyar fúrásokból, nagyon kevés adatunk van. A közelben egyedül a Csengersima 1 kút található, melyben a felső pannóniai határ 987,45 mbf ben van. Ez a kút szénhidrogén kutató fúrásnak mélyült, az alsó pannóniai képződmények határát 1245 mbf mélységben érte, egyes adatok szerint talpmélysége meghaladta a 2000 m t! Dokumentációja nem hozzáférhető. A romániai adatok szerencsére sokkal részletesebbek, ugyanis kutakkal jobban feltárt a határ túloldala. Ezek alapján a pannon termál komplex vastagsága 700 1500 m, leszámítva a 100 méter kvarter átlagvastagságot, heterogén kőzettani összetételű, porózus vízadók és az azokat elválasztó félig vagy vízrekesztő képződmények alkotják. A vízadó rétegek száma 5 30 között váltakozik, melyeknek összvastagsága elérheti a 120 métert is. Ezen képződmények lazán cementáltak, porozitásuk 25 % körüli, áteresztő képességük olykor meghaladja az 500 md t. Az átlagos összsótartalom 3,5 4 (g/l), a gáztartalom egyes kutakban elérheti a 0,5 Nm 3 /m 3 értéket, melynek háromnegyede metán. Meg kell jegyezni, hogy román oldalon a nagyobb települési mélységű kutakban a sótartalom a magyar területeken mért adatok másfél kétszerese. Csenger térségében romániai adatokra támaszkodva jellemezhetjük a hévíztároló összletet. A hévíztermelésre használt rétegek regionálisan 900 1600 méter között helyezkednek el a felszíntől számítva Szatmár térségében. A pannon komplex (alsó felső pannóniai) szemcsés homok homokkő vízadó rétegei a vizsgált csengeri helyszínen 900 1200 m mélységközben várhatók. A becsült maximális talphőmérséklet 60 65 C, így a kútból szivattyúzással 420 l/ perc, 55 60 C os, 2 4 g/l nátrium kloridos hidrokarbonátos vizet lehet nyerni (600 m 3 /nap) optimális esetben. Tanulmányozva a környező romániai hévízkutak vízföldtani geofizikai adatait a létesítendő termelő kutat az alábbi műszaki tartalommal célszerű megépíteni: Az első 60 méter jó vízleadó negyedidőszaki formációkat egy 13 3/8 colos acél béléscsővel el kell izolálni, cementezve a saruig. 20
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) A következő béléscső 9 5/8 colos acél, 0 900 méter között, cementezve. Ezzel szigeteljük a felső pannóniai jó vízadó, de még hidegebb rétegeit. A kitermelő akasztott béléscső 7 colos 870 1200 méter között, kavicságyba helyezve. (legalább 7 col szükséges, mert alacsony hozamra, max. 600 m 3 /nap lehet számítani). Johnson típusú szűrők a megnyitott 900 1300 méter között minimum 100 méter összvastagságú pannon komplex rétegeknél. (Ha magasabb hőmérséklet a cél, lehet mélyebben kezdeni a szűrőzést, de akkor kisebb lesz a hozam.) A mára már kapható nagy hatásfokú hőcserélők mellett nem célszerű a fűtési rendszerben direkt termálvizet keringtetni az esetleges kiválások megakadályozása céljából, hanem a termálvíz hőenergiáját gáztalanító tartály beiktatását követően szivattyúk segítségével kell a felhasználási helyre juttatni, ott lemezes hőcserélőkön kell a hőt levenni 15 20 fokos hőlépcsővel. A még mindig 40 C os hőmérsékletű vizet alacsony hőfokú fűtési rendszerbe (fal vagy padlófűtés) célszerű bevezetni, de lehetőség van balneológiai hasznosításra is. A visszamaradó 15 20 C os víz még kiválóan alkalmas hőszivattyús hasznosításra. (Erről a hasznosítási módról a következőkben részletesen szólunk.) A lehűlt, nem balneológiai hasznosítású termálvizet nyelőkút segítségével szükséges visszasajtolni a homok rétegekbe. Létesítéskor a termelőkutat célszerű először megfúrni, annak tapasztalata alapján (rétegsor, hozam, vízkémia, stb.) kerülhet sor a visszasajtoló kút optimális szűrőzési mélységének a meghatározására. 1100 m es mélységet elérve célszerű kereső fúrással 150 200 m t tovább fúrni a homokrétegek meglétének kiderítésére. A visszasajtoló kutat, amennyiben ugyanazt a mélységet szűrőzi, célszerű legalább 1500 m távolságra fúrni a termelő kúttól. A visszasajtoló mű puffer tárolóinak belső kiképzése lehetőséget nyújt az egyébként zárt rendszerben esetlegesen képződő kiválások, kicsapódó lebegő anyagok szűrés előtti ülepítésére is. A tároló vízszintje vezérli a visszasajtoló szivattyúk üzemét. A szivattyúk is változó fordulattal működnek, hiszen a homokkőbe való vízvisszasajtolás még inkább érzékeny a lengés és dinamikamentes üzemmódra. 21
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) A homokváz esetleges szerkezeti bomlása, sérülése a porózus járatok eltömődéséhez, ezáltal a visszasajtolási nyomás emelkedéséhez vezethet. Ugyanezen szempont miatt a mű élettartamára tekintettel is fontos a fluidum megfelelő szűrése, ezért a visszasajtoló szivattyúk egy 20 os filteren keresztül nyomják a vizet a visszasajtoló kút 900 1100 m között szűrőzött mélységi rétegeibe. Egy ehhez hasonló kb. 2 MW os komplett rendszer megépítése 600 800 millió Ft ba kerül, mérettől függően, megtérülésük 12 15 év, ugyanakkor a szolgáltatott energia önköltsége kevesebb, mint fele a gázzal szolgáltatott hőenergiának. A költségek 50 55 % át a kútfúrási költségek teszik ki. A többi a hőközpont kialakítás és távvezeték fektetés költsége, illetve a tervezés engedélyeztetés díjtételei. A román oldalon mind hőpiac, mind geotermikus adottságok tekintetében kimagaslik Szatmár városa, ahol a leghatékonyabban lehetne egy legalább 3 lépcsős geotermikus kaszkád rendszert kiépíteni és üzemeltetni. Itt 65 70 C os maximális kifolyó hőmérséklet várható a pannóniai komplex képződményekből. Említésre méltó még Nagykároly térsége, melynek közelében a településtől kb. 8 10 kmre, akár 100 C körüli kifolyó hőmérséklet is elérhető, így a vizsgált terület legjobb geotermikus adottságú térségében fekszik! Mivel a távhő szállítása max. 6 8 km távolságban gazdaságos, ezért külön vizsgálni kell hogyan helyezhetők el a kutak a hőpiachoz képest! A hasznosításhoz elengedhetetlen a korszerűtlen távhő rendszer átalakítása, alacsonyabb előremenő hőmérséklettel. Továbbá az épületek energetikai korszerűsítése, mert legolcsóbb energia a fel nem használt energia! Ez természetesen a magyarországi projektekre is igaz. Fürdőhasznosítás szempontjából elsősorban a meglévő, helyi jelentőségű fürdők Fehérgyarmat, Vásárosnamény, Kisvárda, Nyíregyháza, Nagykáló, Tiszavasvári fejlesztését javasoljuk, kiegészítve Csengerrel és Mátészalkával, részben a geotermikus adottságokat, részben a várható látogatók számát figyelembe véve. Román oldalon Szatmárnémeti és Érdmindszent különösen alkalmas fürdő létesítésre. 22
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) A fürdő létesítés költsége nagyságrendileg eltérő attól függően, hogy milyen szolgáltatásokat kínál, és mekkora vendégforgalommal tervezik üzemeltetni. Meg kell ugyanakkor jegyezni, hogy nagy létszámú, több százezres forgalmat lebonyolító fürdők építése nagy kockázatot rejt magában. Ezek a beruházások már több milliárd forint befektetést igényelnek és csak komplex hasznosítás: fürdő wellness gyógyászat szálloda szimbiózisára épülő turizmus képes nyereségesen üzemeltetni. Az ilyen létesítményeket az önkormányzatok ritkán képesek egyedül gazdaságosan üzemeltetni, célszerű szakmai befektetőt bevonni a projektbe. A vizsgált térség egy vagy két ilyen komplex létesítményt tud eltartani, figyelembe véve Hajdúszoboszló közelségét. Ilyen vezető szerepre Nyíregyházának és Szatmárnémetinek van legnagyobb esélye. 4.2 Hőszivattyús hasznosítási javaslat A 30 C nál alacsonyabb hőmérsékletű felszín alatti víz (vagy akár a lehűlt termálvíz) hőjét hőszivattyú alkalmazásával tudjuk hasznosítani. A hőszivattyú egy nagy teljesítményű klímagép, amely az alacsonyabb hőmérsékletű közegben felvett hőt elektromos áram felhasználásával magasabb hőmérsékletű közegben adja le. A hőszivattyút elsősorban lakások, közösségi épületek fűtésére, háztartási melegvíz előállítására és (fordított üzemmódban) az épületek hűtésére használják. A hőszivattyú hatékonyságát egy olyan viszonyszámmal jellemezhetjük (jósági fok) amely megmutatja, hogy a hasznosított energia (azaz a kitermelt földhő és a felhasznált elektromos energia összege) hányszorosa a felhasznált elektromos energiának. A elérhető jósági fok az alacsonyabb hőmérsékletű közeg eredeti hőmérsékletétől függ; minél melegebb az, annál hatékonyabb a szivattyú működése. 100 150 méteres kutakat használva elérhető a jósági fok 4 5 ös értéke. Fentiek alapján a földhő hőszivattyús hasznosítása, a tanulmányozott területen szinte bárhol elképzelhető. Különösen hasznos elfolyó termálvizek esetén, ekkor ugyanis a jósági foka 5 fölé is mehet. Elterjedésének más, olcsóbb megújuló energia jelenléte szabhat határt, ilyenkor költség haszon elemzések segítségével célszerű eldönteni melyik beruházás éri 23
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) meg. Mivel a hőszivattyú primer oldali hőteljesítményét az áramló felszín alatti vizek akár 30 % kal is növelhetik, az átlagnál nagyobb szivárgási tényezőjű területeken hatékonyabb az üzemeltetésük. A hőszivattyúkat gyakran együtt telepítik napkollektorokkal, újabban napelemekkel. Méretük a családi házas 6 12 kw teljesítménytől a több MW ig terjed. Az új rendszerek támogatás nélkül általában 8 10 év alatt térülnek meg. A megtérülést javítja, ha hűtésre is használják, ilyenkor célszerű passzív hűtést alkalmazni. Napjainkban az áramszolgáltatók kedvezményes tarifával támogatják a hősszivattyúk elterjedését. Egy családi házas komplett rendszer hozzávetőleg 4 6 millió Ft ba kerül, mérettől függően. A korszerűen szigetelt családi házak esetén elegendő egy db 100 120 m es szonda fúrása, melynek bekerülési költsége 0,5 1 millió Ft, kőzettípustól és kivitelezőtől függően (az ár szerepel a komplett árban). Több szondából álló, 30 kw ot meghaladó hőszivattyús rendszerek telepítése során előnyös, ha a beruházásnál a rendszer működésének vizsgálatára, beépítésre kerül egy monitoring hálózat. Ez általában több pontban és mélységben folyamatosan rögzített hőmérsékletmérést jelent. Bár hazánkban ilyen hőmérséklet regisztráló berendezések telepítése nem általános, várható hogy számuk a közeljövőben ugrásszerűen növekedni fog. Ennek oka, a mérőberendezések hőmérséklet adatsora alapján az üzemeltetés optimalizálható, így a minimális többletkiadás gyorsan megtérül. Ugyanis: a hőmérséklet adatsorokra támaszkodva számítható, hogy milyen tömegáram esetén működik leghatékonyabban a rendszer, így a hőszivattyú takarékosabban, a fűtési igényhez jobban alkalmazkodva használható, vizsgálható hogy hosszútávon milyen hatással van a létesítmény a környezetére, optimalizálható a nyári és téli időszak kiegyenlítő hatása, ami növeli a fenntarthatóságot, lehetőség nyílik olyan tudományos kutatások mérési eredményekkel való alátámasztása, amely a jövőben elősegítheti a telepítésének költséghatékonyabbá válását. 24
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Mindezek alapján javasoljuk, a megvalósulandó beruházáshoz monitoring hálózat létesítését, több pontban a cementpalástba, és a szondák közé is. 4.3 Elektromos áram hasznosítási lehetőségei Villamos energiatermeléshez közepes, vagy magas entalpiájú termálvíz szükséges. A geotermikus energia hőmérsékletszintjétől, illetve a geotermikus fluidum minőségétől függően alapvetően két megoldás létezik arra, hogy földhőből villamos energiát állítsunk elő. Közvetlen villamos energia termelés során a földből feltörő termálvíz gőzét vezetik rá a turbinára, amely lényegében megegyezik az erőműi turbinák általában kisnyomású fokozatának felépítésével. A gőzt a turbina előtt cseppmentesítik, illetve leválasztják az esetleges szilárd lebegő anyagokat. A turbina üzeme szempontjából az a legkedvezőbb, ha túlhevített állapotú gőz áll rendelkezésre, és az expanzió sem lép ki a túlhevített mezőből. Az esetek egy részénél azonban meg kell elégedni azzal, hogy a termálvíz egyszerre folyadék és gőz fázisban lép ki a termálkútból. Ilyenkor csak telített (nedves) gőzt nyerhetünk a két fázis szétválasztásával. Erre alkalmas geotermikus tárolóval a vizsgált terület nem rendelkezik. A másik lehetőség a közvetett villamos energiatermelés, melynek lényege, hogy a termodinamikai körfolyamatot zárt rendszerben egy víznél alacsonyabb forráspontú munkaközeggel, hűtőfolyadékkal végeztetik el. A munkaközeg általában nagy molekulájú szerves szénhidrogén, ezért kapta ez az eljárás az Organic Rankine Cycle (ORC) nevet. A munkaközeget egy elpárologtatóban melegítik föl a termálvízzel, ami hasonló az erőműi kazánokban végbemenő állapotváltozással, csak alacsonyabb hőmérsékletszinten. A gőz állapotú munkaközeg ezután a turbinában leadja entalpiáját és a kondenzátorba jut. A hőelvonást követően a tápszivattyúval a körfolyamat újraindul. Mivel karbonátos képződmények az aljzati tárolókban nem ismertek, erre a hasznosítási módra sem találunk potenciálisan alkalmas helyszínt. Ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy Érdmindszent közelében elvileg lehetséges homokkőből termelő geotermikus áramtermelő 25
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) erőművet létesíteni, de ehhez legalább 120 C os hőmérsékletre és minimum 3000 m 3 /nap hozamra van szükség a hulladékhő teljes hasznosítása mellett. Egy ilyen projekt megtérülése támogatás függő, amely jelenti mind a projekt, mind az elektromos áram átvételi árának támogatását. Valószínűsíthetően 5 10 éven belül jut el a technológiai fejlődés oda, hogy érdemes legyen elgondolkodni a projekten. Az erőműi technológiához képest lényegesen alacsonyabb entalpiával induló geotermikus áramtermelés termodinamikai hatásfoka is alacsonyabb, mint más hőerőművek esetében. Különösen igaz ez a segédközeges berendezésekre. 10 12 % körüli körfolyamati hatásfok az általános, ami azt jelenti, hogy például az egyéb veszteségeket figyelembe véve 1 MW hasznos villamos teljesítményhez 6 8 MW hőteljesítmény jelentkezik. A javított hatékonyságú geotermikus áramtermelő rendszer kísérleti fázisban vannak, ezért ezekről külön nem szólunk. 4.4 Egyéb geotermikus hasznosítási javaslat A hazánkban található több ezer meddő szénhidrogén kút a tanulmányozott területen is több száz van geotermikus energiatermeléssel való hasznosítása évek óta napirenden van, de előrelépés nem történt. Ugyanakkor a meddő szénhidrogén kutak hasznosítása nemzetgazdasági érdek, mert az arra alkalmasak általában egy új kút fúrási költségének negyedért harmadáért átképezhetők termálkúttá. Ez esetenként 30 50 millió Ft, költséget jelent, szemben az új kút fúrását jelentő 250 500 millió Ft tal. Azonban ezen kutak műszaki állapota, hőpiactól való távolsága, valamint az a tény, hogy eredendően nem hévíztermelésre képezték ki, jelentősen korlátozza alkalmasságukat. Célszerű lenne a meddő szénhidrogén kút adatbázist az önkormányzatoknak tanulmányozni, mielőtt geotermikus projektépítésbe kezdenek! Állami feladatként néhány meddő szénhidrogénkút bevonható lenne a mélységi geotermikus monitoring rendszerbe is, hogy a vízkészlet gazdálkodás megalapozottabbá váljon. 26
Geothermal Atlas of Szabolcs Szatmár Bereg County (Hungary) and Satu Mare (Szatmár) County (Romania) Célszerű lenne a monitoring rendszert a határ mindkét oldalára kiterjeszteni, hogy a határon átnyúló termálvíztest állapotának változásáról teljeskörű képet kapjunk. Egy 5 kútból álló termálvíz monitoring rendszer kiépítése 200 1.000, millió Ft ba kerülne, attól függően, hány meglévő kutat lehetne bevonni a rendszerbe. 5 ÖSSZEFOGLALÁS Megvizsgáltuk egy határon átnyúló térség (Szabolcs Szatmár Bereg és Szatmár megyék) geotermikus adottságait. Ennek eredményeként elkészült a vizsgált területre vonatkozó Geotermikus Atlasz. Az Atlasz 34 oldalt tartalmaz 1:500 000 as méretarányú térképekből áll, melyek bemutatják a geológiai, hidrogeológia és geotermikus adottságokat a vizsgált területen. Ezen túl megszerkesztettünk néhány térképet, melyek az új geotermikus projektek létrehozásának korlátozó tényezőiket mutatják be. A legnagyobb problémát a munka során a határ két oldaláról származó információk összehangolása jelentette, annak érdekében, hogy egy egységes, összefüggő képet alkothassunk a területről. A célunk elérése érdekében román és magyar szakértők, geológusok, hidrogeológusok és geotermikus szakemberek együttműködésére volt szükség. A szerkesztő szeretné megköszönni minden szerzőnek a közös cél elérése érdekében kifejtett közreműködését. Mindannyian reméljük, hogy ez az Atlasz, segítségül szolgál minden érdekelt fél részére abban, hogy értékes és fenntartható geotermikus projekteket hozzanak létre, továbbá segít megnövelni a megújuló energiák hasznosítását mindkét országban. Miskolc, 2011. szeptember 28. 27