Műszaki Földtudományi Közlemények, 84. kötet, 1. szám (2013), pp. 127 132. SZABOLCS-SZATMÁR-BEREG ÉS SZATMÁR MEGYÉK GEOTERMIKUS ADOTTSÁGAI GEOTHERMAL CONDITIONS OF THE SZABOLCS-SZATMÁR-BEREG AND SATU MARE TRANSBOUNDARY REGION KOVÁCS BALÁZS 1 MIKITA VIKTÓRIA 2 VIRÁG MARGIT 3 MADARÁSZ TAMÁS 4 SZŰCS PÉTER 5 Absztrakt: Az elmúlt évtizedekben a figyelem egyre inkább a geotermális energiahasznosítás lehetőségeit célzó kutatások és az energia gazdaságos kiaknázása felé irányult. A geotermikus energia felhasználása két pilléren nyugszik: az egyik a hőkészletek hozzáférhetősége, a másik pedig az ugyanott rendelkezésre álló hőpiac. A rendelkezésre álló kitermelhető hőmennyiség és termelő eszközök alkalmazhatósága mindig területfüggő jellemző, ezért egy 1:500 000 méretarányú térképekből álló atlasz (térképsorozat) készült el, melynek feladata a térség geológiai felépítésének bemutatása, a hidrogeológiai és geotermikus adottságok szemléltetése volt a vizsgált, határon át nyúló Szabolcs-Szatmár-Bereg megyei, valamint a Szatmár megyei területek között. Jelen munkában az atlasz részét képező térképeket, a fajlagos hőkészlet eloszlását és a hőszondák telepíthetőségének korlátozó tényezőit kívánjuk bemutatni a vizsgált területen. A munka lehetőséget nyújt új, közös és határon átnyúló projektek létrehozására, a megújuló energiaforrások használatára a geotermika területén. Kulcsszavak: hőkészlet, geotermikus atlasz, hőhasznosítás, geotermikus adottságok, Szabolcs- Szatmár-Bereg és Szatmár megye Abstract: The interest for the geothermal energy resources rapidly increased in the last decades. The available heat applications are very site-specific. In all cases, the efficient structure of the usage depends not only on the geothermal conditions but on the social and geographic aspects as well. The population, the level of industrialization, the living conditions, the technical specification of the communal infrastructure, traditions and lot of other things are affecting the reasonable use of the geothermal energy, therefore it is not possible to define a standard and suggested kind of usage. An atlas has been made from the series of 32 maps, which is compiled in the general scale of 1:500 000 to present the geological setup of the region, to demonstrate the hydrogeological and geothermal conditions of the investigated area. This paper presents part of the atlas, focus es on the specific heat resource at the investigated area to serve the process of the assessing the geothermal resource. Keywords: geothermal atlas, heat resource, heat applications, geothermal conditions, Szabolcs- Szatmár-Bereg and Satu Mare 1 DR. KOVÁCS BALÁZS, egyetemi docens, hgkb@uni-miskolc.hu 2 MIKITA VIKTÓRIA, predoktor, 3 VIRÁG MARGIT, hidrogeológus szakmérnök, Viziterv Kft. 4 DR. MADARÁSZ TAMÁS, egyetemi docens, hgmt@uni-miskolc.hu 5 DR. SZŰCS PÉTER, egyetemi tanár, hgszucs@uni-miskolc.hu Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Környezetgazdálkodási Intézet 3515 Miskolc-Egyetemváros
128 Kovács Balázs Mikita Viktória Virág Margit Madarász Tamás Szűcs Péter 1. A térség hidrogeológiai adottságai A 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 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 (Szűcs, 2012). 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. Az összleten belül 30 40%-ot képvisel a homokot, homokkövet tartalmazó rétegek aránya, szivárgási tényezője pedig 0,5 és 5 7 m/nap közötti értékekkel jellemezhető. A legtöbb helyen a felső pannóniai vízadók hidrodinamikai kapcsolatban állnak egymással. A Szamos árokban, a pannóniai (pliocén) képződményekben, főleg a geofizikaielektrokarotázs szelvények segítségével, megkülönböztethető egy felső összlet, melyben dominálnak a porózus szemcsés (40%) formációk. Jellemző még az alsó pannon általában monoton agyagmárgás formáció felső részén a jó vízadó gyengén cementált homokkő rétegek megjelenése 1000 1500 méter között. 2. Geotermikus adottságok A Föld magjában bekövetkező radioaktív bomlásból származó hő hatására kialakuló földi hőáram-értékek Magyarországon nagyok (38 mérés átlaga 90,4 mw/m 2 ), miközben az európai kontinens területén 60 mw/m 2 az átlagérték (ELTE, 2001 2004.). 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 (Szanyi, 2012). 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 (Kovács, 2010). 3. A vizsgált összletek fajlagos hőkészletének becslése A vizsgált területen lévő felső pannóniai és a pleisztocén formációk geotermális adottságainak bemutatására fajlagos hőkészlet térképek (1. ábra) készültek fúrólyukak és kutak létesítéskori adatainak felhasználásával. A fajlagos hőkészlet térképeket a rétegek geometriája, a számított hőmérséklet eloszlások alapján határoztuk meg. A számítások
Szabolcs-Szatmár-Bereg és Szatmár megyék geotermikus adottságai 129 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. A fajlagos hőkészlet ez alapján függ a porozitástól (n), a sűrűségtől (ρ), fajlagos hőmérséklettől (c), a rétegvastagságtól ( z), a területtől (A) és a hőmérsékletektől a vizsgált térrész felső és alsó határán (T 1, T 2 ). [( n) ρ c + n c ] ( T T ) A z H 0 1 m m ρ w = w 2 1 Mivel a fajlagos hőkészlet az egységnyi felületre vonatkoztatott abszolút hőkészlet, ezért H s H A [( 1 n) ρ c + n ρ 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%. 4. Geotermikus hőszivattyúk telepíthetősége A hőszivattyús rendszereket elsősorban a pleisztocén alluviális rétegre lehet telepíteni a magas szivárgási tényezővel jellemezhető kavicsos rétegek jelenléte miatt (Erdélyi, 1988). A 2. ábrán látható térkép mutatja be a geotermikus hőszivattyúk telepíthetőségére vonatkozó korlátokat és pozitív tényezőket. A felszín közeli felső 50 200 m vastagságú rétegben tárolt geotermikus potencia a klimatikus hatások, elsősorban a felülről történő utánpótlódás miatt fajlagosan alacsonyabb, de hőszondákkal gazdaságosan kitermelhető (Korim, 1990). 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. 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.
130 Kovács Balázs Mikita Viktória Virág Margit Madarász Tamás Szűcs Péter 1. ábra. A pleisztocén és felső pannon összletekben tárolt fajlagos hőmennyiségek
Szabolcs-Szatmár-Bereg és Szatmár megyék geotermikus adottságai 131 2. ábra. A geotermikus hőszivattyúk telepíthetőségi térképe
132 Kovács Balázs Mikita Viktória Virág Margit Madarász Tamás Szűcs Péter 5. Összefoglalás Munkánk során egy geológiai és geotermikus szempontból is egységes képet alakítottunk ki a határon átnyúló térségről (Szabolcs-Szatmár-Bereg és Szatmár megyék). Ennek eredményeként elkészült a vizsgált területre vonatkozó 32 térképből álló Geotermikus Atlasz, mely bemutatja a geológiai, hidrogeológia és geotermikus adottságokat. Tanulmányunkban az atlasz részét képező térképek közül a fajlagos hőkészlet eloszlását és a hőszondák telepítését korlátozó tényezőket mutattuk be a vizsgált területen. Köszönetnyilvánítás,,A tanulmány a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. IRODALOMJEGYZÉK [1] ELTE (2001 2004): A Pannon-medence jelenkori geodinamikájának atlasza. [2] Erdélyi M. (1988): A magyar medence hidrodinamikája. VITUKI [3] Korim K. (1990): A kis entalpiájú geotermikus energia hasznosításának fejlődése és perspektívája. Kőolaj és Földgáz. 23. 7. szám. pp. 208 212. [4] Kovács B. Németh Á. Mikita V. et al (2010): A vízföldtani viszonyok hatása a geotermikus hatásidom kiterjedésére. Szemelvények a geotermikus energia hasznosítás hidrogeológiai alkalmazásaiból, Szeged, pp. 143 157. [5] Kovács B. Mikita V. Németh Á. et al (2010): A felszín alatti vizekkel kapcsolatos hőhasznosítás hidraulikus és termikus hatásai. Szemelvények a geotermikus energia hasznosítás hidrogeológiai alkalmazásaiból, Szeged, pp. 66 70. [6] Szanyi J. M Tóth T. Pál-Molnár E. et al (2012): A geotermikusenergia-hasznosítás növelésének lehetőségei és korlátai a Dél-alföldi régióban. Geolitera, Szeged, pp. 143 157. [7] Szűcs P. (2012): Hidrogeológia a Kárpát-medencében hogyan tovább? Magyar Tudomány, 5., pp. 554 565 [2]